机器视觉就是使用机器来模拟人类视觉的功能,对图像进行测量和判断。它是实现仪器设备精密控制、智能化、自动化的有效途径。使用机器视觉可以完成很多人类无法完成的任务,同时有助于提高产品质量,提高生产效率。机器视觉系统的研究具有重大意义以及广阔的市场前景,而高速以及一体化、个性化是机器视觉系统的发展方向,就需要有一款嵌入式通用高速图像采集处理硬件平台来适应机器视觉的发展。目前国内的机器视觉厂商主要还是以代理国外的产品为主,包括其中的硬件产品,特别是针对高端应用的高速高分辨率应用的硬件。国内的机器视觉厂商也意识到需要发展自己的产品,而且也有一些研究机构对图像处理的硬件进行研究,但是主要还是在低端应用。因此本文针对机器视觉系统中的高速图像采集处理硬件平台进行研究,设计出一款基于FPGA+DSP的嵌入式通用高速图像采集处理硬件平台(Embedded General High-speed Image Acquisition and Processing Platform, EGHIAPP),并就其中的高速图像采集、压缩以及存储通用关键问题进行研究。
评估板用的是信迈XM5728-IDK-V3。
评估板简介：
- 基于 TI AM5728 浮点双 DSP C66x +双 ARM Cortex-A15 工业控制及高性能音视频处理器；
- 多核异构 CPU，集成双核 Cortex-A15、双核 C66x 浮点 DSP、双核 PRU-ICSS、双核 Cortex-M4 IPU、双核 GPU 等处理单元，支持 OpenCL、OpenMP、SysLink IPC 多核开发；
- 强劲的视频编解码能力，支持 1 路 1080P60 或 2 路 720P60 或 4 路 720P30 视频硬件编解码，支持 H.265 视频软解码；
- 支持高达 1 路 1080P60 全高清视频输入和 1 路 LCD + 1 路 HDMI 1.4a 输出；
- 双核 PRU-ICSS 工业实时控制子系统，支持 EtherCAT、EtherNet/IP、PROFIBUS 等工业协议；
- 高性能 GPU，双核 SGX544 3D 加速器和 GC320 2D 图形加速引擎，支持 OpenGL ES2.0；
- 外设接口丰富，集成双千兆网、PCIe、GPMC、USB 2.0、UART、SPI、QSPI、SATA 2.0、I2C、DCAN 等工业控制总线和接口，支持极速接口 USB 3.0；
- 开发板引出 V-PORT 视频接口，可以灵活接入视频输入模块；
- 体积极小，大小仅 86.5mm*60.5mm；
- 工业级精密 B2B 连接器，0.5mm 间距，稳定，易插拔，防反插，关键大数据接口使用高速连接器，保证信号完整性。
基于DSP+FPGA框架的平台结构灵活、通用性较强,适合于模块化设计,能较大程度的提高图像处理的稳定性,并且开发周期较短,容易进行扩展和升级。在该硬件平台中,较简单的底层算法、系统管理、任务分配和逻辑控制等适合于使用FPGA处理器实现,而复杂的核心图像算法,适合使用运算速度快、寻址方式灵活的DSP处理器实现,两者能实现明显的优势互补。
设计一种基于AM5728 DSP和FPGA架构的通用图像处理平台,运用FPGA实现微处理器接口设计,并对图像数据进行简单预处理,利用DSP进行复杂图像处理算法和逻辑控制,实现图像数据的高速传输与实时处理。系统可应用于贴片机芯片检测中,并进行性能评估实验。论文研究的主要内容如下：1、根据机器视觉的发展方向,提出了在机器视觉应用中的高速图像处理平台需要具备的功能,并就此功能设计完成了基于FPGA+DSP的通用高速图像处理的硬件平台。2、针对AM5728 Camera Link和GigE相机的图像采集问题进行研究,对两种接口相机的图像数据采集的详细工程实现以及其中的难点进行了设计,最后分别针对两种典型的相机MC1362以及piA2400实现高速图像采集。3、针对实时采集的高速图像的JPEG压缩问题进行了研究,解决高速压缩中的速度问题以及传统方案中的需要大容量缓冲问题,并对多路并行压缩方法进行研究,实现单FPGA芯片对piA2400的500万像素高分辨率彩色图像以及MC1362的500帧／秒超高速灰度图像的JPEG实时压缩。4、针对图像的实时大容量存储问题进行研究,使用FPGA实现SATA硬盘的数据读写功能,对影响硬盘速度的原因进行分析,采用了硬盘扇区直接顺序读写的方式提高硬盘的存储速度。并对多路硬盘的并行存储技术进行研究,以两路硬盘存储为例,给出并行存储的方案。5、采用AM5728完成了机器视觉系统中的两个典型应用,说明本平台具有良好的通用性。
其它应用：为改善红外焦平面阵列成像质量与实时性要求,提出了以高速信号处理器为核心的红外焦平面实时图像数字处理系统.
