基于FPGA的機(jī)器視覺(jué)設(shè)計(jì)
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從以上的對(duì)比表可以看出，Gige Vision攝像機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：
(1)逐行掃描；
(2)高清晰，緩高分辨率達(dá)到4百萬(wàn)像素；
(3)幀率高：最高幀率達(dá)到200 f／s；
(4)數(shù)據(jù)未經(jīng)壓縮，無(wú)損失；
(5)可以根據(jù)需要輸出部分掃描數(shù)據(jù)；
(6)可以通過(guò)軟件自動(dòng)改變攝像機(jī)參數(shù)，適應(yīng)變化的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境；
(7)后期應(yīng)用開(kāi)發(fā)方便。
基于Gige Vision攝像機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用GigeVision攝像機(jī)。
2．3 FPGA中使用的模塊
FPGA中使用Camera Link來(lái)進(jìn)行與相機(jī)的互連。Camera Link是一個(gè)應(yīng)用于高端機(jī)器視覺(jué)的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通道。它使用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的電纜連接和標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議。Camera Link支持大量的數(shù)據(jù)和高數(shù)據(jù)傳輸率，適合今天的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?br /> 在系統(tǒng)中Xilinx FPGA中使用的Gige Vision是一種由AIA(Automated Imaging AsSoCiation)開(kāi)發(fā)的相機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)。這是一項(xiàng)開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)，它能讓來(lái)自不同廠(chǎng)家的攝像機(jī)與應(yīng)用軟件通過(guò)吉比特以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互間的無(wú)間合作。Gige Vision使用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的千兆以太網(wǎng)連接同其高帶寬(1 Gb／s)實(shí)現(xiàn)了未經(jīng)壓縮圖像和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。使用Gige Vision IP是實(shí)現(xiàn)高性能機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的理想解決方案。一個(gè)吉比特以太網(wǎng)相機(jī)使用Camera Link與Gige Vision相連。
Gige Vision是一種實(shí)現(xiàn)單／多相機(jī)與單／多計(jì)算機(jī)相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)集中和分布式處理的理想標(biāo)準(zhǔn)。使用標(biāo)準(zhǔn)千兆以太網(wǎng)允許使用標(biāo)準(zhǔn)電纜和連接器，從而降低材料費(fèi)和整合成本以及后續(xù)增長(zhǎng)以太網(wǎng)帶寬的可擴(kuò)展性。
本方案中使用的Gige Vision IP核是根據(jù)的GigeVision規(guī)范1．0版的Gige Vision數(shù)據(jù)流協(xié)議的硬件實(shí)現(xiàn)。它是由Xilinx的合作伙伴Feith Sensor-to-Image。GmhH發(fā)開(kāi)的。因?yàn)橥ㄟ^(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流通道可以達(dá)到千兆以太網(wǎng)的最大吞吐量。IP核的結(jié)構(gòu)如圖2所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/190477.htm
Gige Vision的核心由內(nèi)存控制器、吉比特以太網(wǎng)MAC、控制微處理器和一個(gè)視頻處理單元組成。
Gige Vision核提供了吉比特以太網(wǎng)MAC接入系統(tǒng)的其余部分，處理Gige Vision數(shù)據(jù)流通道，對(duì)GigeVision通道再發(fā)送申請(qǐng)包進(jìn)行解碼，并提供一個(gè)嵌入式CPU的網(wǎng)絡(luò)接口。CPU處理了除Gige Vision數(shù)據(jù)流控制以外的所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。內(nèi)存控制器作為特殊的視頻幀緩沖區(qū)，它不是緩沖輸入的視頻幀，而是把它們分成可供網(wǎng)絡(luò)傳輸和實(shí)現(xiàn)Gige Vision數(shù)據(jù)流協(xié)議的部分處理包重發(fā)送功能的較小區(qū)域。
FPGA中與計(jì)算機(jī)相連的部分使用的是FingerLakes Engineering為Xilinx開(kāi)發(fā)的Phantom TriMode MAC IP核。它與Gige Vision IP核集成在一起，充分應(yīng)用1 Gb／x Rx／Tx速率，支持IPv4，IPv6，Jumbo Packet和MDIO。Phantom核具有獨(dú)特的重新計(jì)時(shí)路徑，從而能降低時(shí)鐘緩沖器計(jì)數(shù)值同時(shí)簡(jiǎn)化核的集成度，對(duì)于低成本的Spartan器件和高性能的Virtex構(gòu)架都是理想的選擇。
2．4 主機(jī)接口設(shè)計(jì)
本方案中使用吉比特以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)上需安裝Visual Applets軟件。
Visual Applets是由Silicon Software開(kāi)發(fā)的一款軟件，可完全兼容Xilinx的FPGA。Visual Applets完成了一個(gè)極其強(qiáng)大、靈活、快速和優(yōu)化的Gige Vision開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它使不熟悉FPGA的機(jī)器視覺(jué)專(zhuān)家也能簡(jiǎn)單地操作這個(gè)系統(tǒng)。
Silicon Software開(kāi)發(fā)的Visual Applets為最先進(jìn)的FPGA設(shè)計(jì)工具，經(jīng)由易學(xué)易用的圖形接口，可以開(kāi)發(fā)出圖像處理專(zhuān)用的FPGA confi guration，即所謂的applet。
借由Visual Applets可以：
(1)使影像卡變成一個(gè)高效能的影像處理器；
(2)現(xiàn)代FPGA的潛能可由任何使用者自行發(fā)揮；
(3)影像處理的解決方案可在數(shù)分鐘內(nèi)完成；
(4)達(dá)成硬件階層的快速開(kāi)發(fā)。
使用Visual Applets，不必?fù)碛休^深的硬件知識(shí)，如數(shù)字電路、時(shí)間分析、FPGA硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言。使用VisuaI Applets只要將各個(gè)處理模塊之問(wèn)作鏈接，各種鏈接的兼容性可實(shí)時(shí)顯示，各模塊間能以不同的位相關(guān)系作鏈接，同時(shí)也能評(píng)估系統(tǒng)需求資源與數(shù)據(jù)帶寬分析，甚至于分析每個(gè)模塊連接點(diǎn)之間的流量，快速找到設(shè)計(jì)瓶頸。設(shè)計(jì)完成后，產(chǎn)生編譯檔只要幾分鐘的時(shí)間，期間不需要任何人工動(dòng)作，Applet可立即在microDisplay中使用并進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，同時(shí)也會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)Visual C++ SDK project。
3 結(jié)語(yǔ)
本文根據(jù)以FPGA芯片為核心設(shè)計(jì)了一種通用的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，可以應(yīng)用到產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)、車(chē)輛智能監(jiān)控管理等各種場(chǎng)合。采用最新的高性能視覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際知名大公司開(kāi)發(fā)的IP核以及主機(jī)Visual Applets軟件的使用極大地提升了系統(tǒng)的性能、可靠性。
評(píng)論