工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用中可擴(kuò)展的微處理器視覺(jué)系統(tǒng)的評(píng)估框架

　　算法流程圖

　　上圖給出了檢測(cè)圖像缺陷的算法。原始圖像通過(guò)過(guò)濾去掉噪聲，并平滑由于傳送器上的角度問(wèn)題而造成的部分顏色和明亮度的變化。

　　圖像轉(zhuǎn)化為HLS模型，以便再通過(guò)兩個(gè)16位輸入8位輸出的查找表轉(zhuǎn)化成單色。HLS模型中，色度（H）和飽和度（S）由顏色決定，而明亮度（L）主要由能被光照到的物體表面的方位決定。這兩要素在8位單色像（圖表中為M）的結(jié)構(gòu)中被編碼。這一步驟可以用于檢測(cè)顏色錯(cuò)誤和總體方向錯(cuò)誤，因而顯得比較重要。

　　在對(duì)圖像進(jìn)行去斑降噪之后，開(kāi)始對(duì)圖像進(jìn)行連接性的分析。分析結(jié)果用于從單色和彩色圖像中選擇區(qū)域，以獲得另外的特性。這一步一般會(huì)減少百分之七十的像素?cái)?shù)量。

　　所選區(qū)域用單色進(jìn)行量測(cè)，彩色則用于發(fā)展每個(gè)區(qū)域的特性。獲得的特性是顏色，通過(guò)單色圖像、連接框、邊界圓、周長(zhǎng)、凸包和面積等要素修正。
這些特性作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別器的輸入。之所以選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別器是因?yàn)橐幚淼膱D像區(qū)域相當(dāng)復(fù)雜。統(tǒng)計(jì)型的識(shí)別器難以進(jìn)行計(jì)算，而且對(duì)噪聲敏感。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用100個(gè)輸入，在第一個(gè)隱藏層使用200個(gè)節(jié)點(diǎn)，第二層使用100個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出層（通過(guò)/未通過(guò)）使用一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　選擇處理系統(tǒng)的下一步就是要使用下面所選的微處理器進(jìn)行評(píng)估算法：Analog Devices公司的21160Hammerhead，Intel®（P3-450）,Philips公司的半導(dǎo)體TM1300 TriMedia和德州儀器（TI）的C6701。每種處理器的編碼已經(jīng)優(yōu)化過(guò)，每種類(lèi)型單個(gè)處理器的執(zhí)行時(shí)間也已測(cè)過(guò)。下表給出了每個(gè)處理器執(zhí)行每一步算法的結(jié)果。

　　分析與結(jié)果

　　所有時(shí)間單位為毫秒

　　從上表中，我們可以發(fā)現(xiàn)每種處理器都有各自的優(yōu)點(diǎn)。若以總時(shí)間來(lái)論，則ＰⅢ-450無(wú)疑是最佳的。其中兩種處理器需要保持與照相機(jī)同步的圖像速度。所有情況下，系統(tǒng)需要另外一個(gè)處理器來(lái)提供操作系統(tǒng)支持，如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)和用戶(hù)界面。PⅢ的計(jì)算能力似乎不夠理想，但在限制于存儲(chǔ)器總線性能的應(yīng)用中，它仍然是個(gè)相當(dāng)出色的處理器。PⅢ的存儲(chǔ)器總線速度是其他處理器的兩倍，TM1300是個(gè)例外，PⅢ的存儲(chǔ)器總線速度只是它的1.4倍（800MB/s VS 572MB/s）。

　　Philips和TI的處理器擁有許多處理單元，這使得它們具有相當(dāng)好的總體性能，盡管在時(shí)鐘速度上它們遠(yuǎn)慢于Intel PⅢ-450。Philips的TM1300使用一個(gè)視覺(jué)端口對(duì)處理器進(jìn)行直接的讀取和顯示。Intel PⅢ-450、Analog Devices 21160和TI C6701則使用DMA控制器進(jìn)行讀取和顯示。

　　上圖給出了隨著處理器的增加可達(dá)到的幀速率。從圖中可以看出，TM1300和PⅢ-450在此應(yīng)用中性能相當(dāng)，居于最前，TMS320C6701稍慢些，ADI21160則是最慢的。Philip TM1300、Analog Devices 21160和TI C6701都需要兩個(gè)處理器以保持圖像速率。但它們（在PC上的協(xié)處理器板上）的成本卻遠(yuǎn)低于PⅢ-450。一個(gè)多處理器的PⅢ-450系統(tǒng)需要花費(fèi)幾千美元（大約3000美元）——價(jià)格高于基本的單處理器PC. Philip TM1300、Analog Devices 21160和TI C6701的協(xié)處理器系統(tǒng)最低只需1500美元。

　　另外，隨著額外的處理器的增加，PⅢ的效率開(kāi)始降低。多處理器PⅢ系統(tǒng)中使用的共享多處理器（SMP）總線因?yàn)樘幚砥鏖g的總線沖突從而降低了存儲(chǔ)器密集應(yīng)用的性能。隨著額外處理器的增加，沖突更加突出，效率也就更低了。裝有超過(guò)4個(gè)PⅢ處理器的系統(tǒng)并不多見(jiàn)。連接處理器到照相機(jī)需要有特定的硬件?；?1160和TMS320C6701的解決方案所要花的成本要高于基于TriMedia和PⅢ的解決方案所花的成本。

　　結(jié)論

　　以元件檢測(cè)應(yīng)用為例，我們發(fā)現(xiàn)在存儲(chǔ)器帶寬發(fā)揮重要作用的應(yīng)用場(chǎng)合，奔騰PⅢ-450無(wú)疑是個(gè)極為出色的處理器。然而，基于集群的體系結(jié)構(gòu)卻產(chǎn)生了負(fù)面影響，因?yàn)榇鎯?chǔ)器總線飽和嚴(yán)重制約了將來(lái)的可擴(kuò)展性（如PⅢ-450）。相反，基于本地存儲(chǔ)器體系解決方案的處理器卻能隨著處理器的增加而線性地提高其處理量。

　　Intel PⅢ受其外圍邏輯（PC）的限制，在一些應(yīng)用場(chǎng)合不能發(fā)揮其性能。盡管AGP總線的使用會(huì)改善這種情況，但其SMP設(shè)計(jì)最終將限制其擴(kuò)展性。因此，在要求嚴(yán)格的視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)合尤其是需要用于將來(lái)擴(kuò)展的應(yīng)用場(chǎng)合，最可行的辦法是保留一個(gè)更易擴(kuò)展、有更高吞吐量的協(xié)處理器板，最終使得成本低于本地解決方案所花的成本。 (end)