摘要：嵌入式實(shí)時(shí)圖像處理技術(shù)是目前結(jié)合圖像處理、模式識(shí)別、傳感器以及微電子等多學(xué)科門類的一門前沿技術(shù)。在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的推動(dòng)下，嵌入式實(shí)時(shí)圖像處理也成為可能。在目前的電子技術(shù)條件下，作者結(jié)合dsp技術(shù)、cpld/fpga技術(shù)，以及圖像處理技術(shù)、傳感器技術(shù)等，開發(fā)設(shè)計(jì)出一種實(shí)用的嵌入式實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)——工業(yè)用智能相機(jī)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的自動(dòng)檢測和分類。
關(guān)鍵詞：dspcpld/fpga圖像處理智能相機(jī)

0、 引言：

在工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度在很大程度上決定著生產(chǎn)的效率。同時(shí)，高技術(shù)高科技的生產(chǎn)設(shè)備，對提高產(chǎn)品的檔次也有很大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，有許多工作是重復(fù)簡單的勞動(dòng)，或工作環(huán)境是不適合人進(jìn)行處理的。這時(shí)，可以設(shè)計(jì)一種智能儀器，代替人進(jìn)行這種簡單重復(fù)的工作或在惡劣的工作環(huán)境下進(jìn)行工作。智能相機(jī)系統(tǒng)就是這樣的一種自動(dòng)化儀器。它以其工作效率高、性能穩(wěn)定、能適合復(fù)雜和惡劣的工作環(huán)境而越來越受到工業(yè)生產(chǎn)的重視。本文將介紹一款用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場產(chǎn)品質(zhì)量控制的智能相機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并給出該相機(jī)的實(shí)際工作情況。

1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)：

進(jìn)行相機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首要考慮的問題是工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)速度和相機(jī)處理速度的匹配問題。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)必須以需要處理的數(shù)據(jù)量為基礎(chǔ)來選擇需要的處理器類型、外圍接口元器件工作速度、以及選擇傳感器的型號和參數(shù)等 。工業(yè)生產(chǎn)速度一般以每分鐘多少個(gè)產(chǎn)品來計(jì)算，必須將其換算為以秒為單位。綜合各方面的因素，在本智能相機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，圖像傳感器采用美國國家半導(dǎo)體公司（national semiconductor）生產(chǎn)的cmos單色vga格式圖像傳感器lm9617 ，系統(tǒng)的邏輯控制和地址發(fā)生器則采用lattice公司生產(chǎn)的cpld isplsi1048c ，中央處理器采用美國德州儀器（ti）公司的高速數(shù)字信號處理器tms320vc5402 ，顯示器件則采用臺(tái)灣元太公司生產(chǎn)的液晶顯示屏pd064vt5 。在傳感器和圖像緩存間采用lvds電平轉(zhuǎn)換以提高長距離傳輸時(shí)的傳輸能力和抗干擾能力。在選定系統(tǒng)各部分的工作器件后，對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。

由傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)和對傳感器的控制信號，經(jīng)過lvds電平轉(zhuǎn)換后，分別送入到cpld邏輯緩存控制單元和傳感器。cpld在dsp的控制下，完成對圖像的緩存和傳輸以及傳感器的配置。中央處理器dsp對緩存圖像進(jìn)行處理，完成后，將處理結(jié)果圖像寫入到顯示緩存中。當(dāng)處理結(jié)果寫入完畢后，由顯示驅(qū)動(dòng)控制器完成處理結(jié)果圖像的顯示。

2、系統(tǒng)各部分及功能描述：

（一）、圖像傳感器單元：

圖像傳感器主要完成光信息信號向電信號轉(zhuǎn)換，從而獲得圖像信息�？紤]到普通的工業(yè)生產(chǎn)線的工作情況，在本系統(tǒng)中，圖像傳感器采用美國國家半導(dǎo)體公司（national semiconductor）生產(chǎn)的cmos單色vga格式圖像傳感器lm9617，其工作電壓為3.3v，有效像元為648×488，像素尺寸可 。在時(shí)鐘頻率為48mhz時(shí)，輸出圖像為30fps。由于采用了cmos工藝，傳感器的輸出直接是圖像的數(shù)字信號，輸出的圖像數(shù)據(jù)可以是8位、10位或12位。其控制和工作方式配置是在dsp的控制下，通過cpld和傳感器的i2c總線來完成。該cmos圖像傳感器采用plcc48封裝

從典型應(yīng)用電路圖可以看出，該傳感器外圍電路簡單，只需少量的阻容元件就可以完成傳感器電路的設(shè)計(jì)。其控制和寄存器的配置通過傳感器的相機(jī)控制引腳和串行總線（i c）控制引腳進(jìn)行，也顯得簡單方便。

（二）、邏輯和控制單元：

由于傳感器產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)量很大，每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量為648×488×30byte，在考慮中央處理器dspvc5402的處理速度的情況下，決定對圖像采取雙路緩存，分路處理技術(shù)。進(jìn)行圖像緩存時(shí)，采用cpld來實(shí)現(xiàn)地址發(fā)生器和邏輯控制功能。在本系統(tǒng)中，地址發(fā)生器和邏輯控制單元采用lattice公司生產(chǎn)的大規(guī)模復(fù)雜可編程邏輯器件isplsi1048c來完成。isplsi1048c是具有8000邏輯門，96個(gè)i/o口，12個(gè)專用輸入口，四個(gè)時(shí)鐘輸入口，內(nèi)部具有288個(gè)寄存器和48個(gè)glb單元，其工作時(shí)鐘可達(dá)50mhz 。緩存時(shí)，存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)隔離均由1048c來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，當(dāng)dsp從緩存中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)信號和地址信號的隔離也由1048c來實(shí)現(xiàn)。另外，緩存通道的讀寫控制邏輯是在dsp的主控下，由1048c來完成，并實(shí)現(xiàn)和dsp進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存的通信。

系統(tǒng)上電初始化后，由dsp向1048c發(fā)出寫圖像命令，1048c接到命令后，先根據(jù)場信號判斷是否為一幀圖像到來，然后根據(jù)像素時(shí)鐘和行信號產(chǎn)生地址，對圖像進(jìn)行緩存。當(dāng)一幅圖像緩存完畢后，向dsp發(fā)出圖像緩存完畢信號。dsp在接到圖像緩存完畢后，一方面，控制1048c繼續(xù)對下一幀圖像進(jìn)行緩存，另一方面，對緩存完畢后的圖像進(jìn)