機器視覺就是使用機器來模擬人類視覺的功能,對圖像進行測量和判斷。它是實現儀器設備精密控制、智能化、自動化的有效途徑。使用機器視覺可以完成很多人類無法完成的任務,同時有助於提高產品質量,提高生產效率。機器視覺系統的研究具有重大意義以及廣闊的市場前景,而高速以及一體化、個性化是機器視覺系統的發展方向,就需要有一款嵌入式通用高速圖像採集處理硬件平臺來適應機器視覺的發展。目前國內的機器視覺廠商主要還是以代理國外的產品爲主,包括其中的硬件產品,特別是針對高端應用的高速高分辨率應用的硬件。國內的機器視覺廠商也意識到需要發展自己的產品,而且也有一些研究機構對圖像處理的硬件進行研究,但是主要還是在低端應用。因此本文針對機器視覺系統中的高速圖像採集處理硬件平臺進行研究,設計出一款基於FPGA+DSP的嵌入式通用高速圖像採集處理硬件平臺(Embedded General High-speed Image Acquisition and Processing Platform, EGHIAPP),並就其中的高速圖像採集、壓縮以及存儲通用關鍵問題進行研究。
評估板用的是信邁XM5728-IDK-V3。
評估板簡介：
- 基於 TI AM5728 浮點雙 DSP C66x +雙 ARM Cortex-A15 工業控制及高性能音視頻處理器；
- 多核異構 CPU，集成雙核 Cortex-A15、雙核 C66x 浮點 DSP、雙核 PRU-ICSS、雙核 Cortex-M4 IPU、雙核 GPU 等處理單元，支持 OpenCL、OpenMP、SysLink IPC 多核開發；
- 強勁的視頻編解碼能力，支持 1 路 1080P60 或 2 路 720P60 或 4 路 720P30 視頻硬件編解碼，支持 H.265 視頻軟解碼；
- 支持高達 1 路 1080P60 全高清視頻輸入和 1 路 LCD + 1 路 HDMI 1.4a 輸出；
- 雙核 PRU-ICSS 工業實時控制子系統，支持 EtherCAT、EtherNet/IP、PROFIBUS 等工業協議；
- 高性能 GPU，雙核 SGX544 3D 加速器和 GC320 2D 圖形加速引擎，支持 OpenGL ES2.0；
- 外設接口豐富，集成雙千兆網、PCIe、GPMC、USB 2.0、UART、SPI、QSPI、SATA 2.0、I2C、DCAN 等工業控制總線和接口，支持極速接口 USB 3.0；
- 開發板引出 V-PORT 視頻接口，可以靈活接入視頻輸入模塊；
- 體積極小，大小僅 86.5mm*60.5mm；
- 工業級精密 B2B 連接器，0.5mm 間距，穩定，易插拔，防反插，關鍵大數據接口使用高速連接器，保證信號完整性。
基於DSP+FPGA框架的平臺結構靈活、通用性較強,適合於模塊化設計,能較大程度的提高圖像處理的穩定性,並且開發週期較短,容易進行擴展和升級。在該硬件平臺中,較簡單的底層算法、系統管理、任務分配和邏輯控制等適合於使用FPGA處理器實現,而複雜的核心圖像算法,適合使用運算速度快、尋址方式靈活的DSP處理器實現,兩者能實現明顯的優勢互補。
設計一種基於AM5728 DSP和FPGA架構的通用圖像處理平臺,運用FPGA實現微處理器接口設計,並對圖像數據進行簡單預處理,利用DSP進行復雜圖像處理算法和邏輯控制,實現圖像數據的高速傳輸與實時處理。系統可應用於貼片機芯片檢測中,並進行性能評估實驗。論文研究的主要內容如下：1、根據機器視覺的發展方向,提出了在機器視覺應用中的高速圖像處理平臺需要具備的功能,並就此功能設計完成了基於FPGA+DSP的通用高速圖像處理的硬件平臺。2、針對AM5728 Camera Link和GigE相機的圖像採集問題進行研究,對兩種接口相機的圖像數據採集的詳細工程實現以及其中的難點進行了設計,最後分別針對兩種典型的相機MC1362以及piA2400實現高速圖像採集。3、針對實時採集的高速圖像的JPEG壓縮問題進行了研究,解決高速壓縮中的速度問題以及傳統方案中的需要大容量緩衝問題,並對多路並行壓縮方法進行研究,實現單FPGA芯片對piA2400的500萬像素高分辨率彩色圖像以及MC1362的500幀／秒超高速灰度圖像的JPEG實時壓縮。4、針對圖像的實時大容量存儲問題進行研究,使用FPGA實現SATA硬盤的數據讀寫功能,對影響硬盤速度的原因進行分析,採用了硬盤扇區直接順序讀寫的方式提高硬盤的存儲速度。並對多路硬盤的並行存儲技術進行研究,以兩路硬盤存儲爲例,給出並行存儲的方案。5、採用AM5728完成了機器視覺系統中的兩個典型應用,說明本平臺具有良好的通用性。
其它應用：爲改善紅外焦平面陣列成像質量與實時性要求,提出了以高速信號處理器爲核心的紅外焦平面實時圖像數字處理系統.