機(jī)器視覺硬件平臺(tái)

2022-11-24 11:44:54 精質(zhì)視覺

　　機(jī)器視覺表面質(zhì)量檢測(cè)，特別是實(shí)時(shí)檢測(cè)，圖像采集的數(shù)據(jù)量大，所以如何提高圖像處理速度顯得十分重要。提高圖像處理速度主要有兩種手段，一是改善和優(yōu)化圖像處理算法，算法既要簡(jiǎn)單快速，又要兼顧實(shí)際效果;二是改善和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)算法的手段。目前，實(shí)時(shí)圖像處理采集方案主要為下面幾個(gè)方面。

　　1) 通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并行處理。這種處理結(jié)構(gòu)采用“多客戶機(jī)+服務(wù)器”的方式，一個(gè)圖像傳感器對(duì)應(yīng)一臺(tái)客戶機(jī)，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息的合成，圖像處理的大部分工作由軟件來(lái)完成。該結(jié)構(gòu)雖然比較龐大，但升級(jí)維護(hù)方便、實(shí)時(shí)性較好。

　　2) 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。DSP是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為“0”或“1”的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除和強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式，其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器。但是，DSP的體系仍是串行指令執(zhí)行系統(tǒng)，而且只是對(duì)某些固定的運(yùn)算進(jìn)行硬件優(yōu)化，故不能滿足眾多的算法要求。

　　3) 專用集成電路(ASIC)。ASIC是針對(duì)于某一固定算法或應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的硬件芯片，有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。但在實(shí)際應(yīng)用中存在開發(fā)周期相對(duì)較長(zhǎng)、成本高、適應(yīng)性和靈活性差等缺點(diǎn)。

　　4) 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。FPGA由多個(gè)可編程的基本邏輯單元組成的一個(gè)2維矩陣，邏輯單元之間以及邏輯單元與I/O單元之間通過(guò)可編程連線進(jìn)行連接。FPGA能在設(shè)計(jì)上具有很強(qiáng)的靈活性，集成度、工作速度也在不斷提高，可實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越強(qiáng);同時(shí)其開發(fā)周期短，系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展，能夠大大地提高圖像數(shù)據(jù)的處理速度。

　　實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)中，底層的信號(hào)數(shù)據(jù)量大，對(duì)處理速度的要求高，但運(yùn)算結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，適合采用FPGA以硬件方式來(lái)實(shí)現(xiàn);高層處理算法的特點(diǎn)是處理的數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，但算法和控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可使用DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，可以把二者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起以兼顧實(shí)時(shí)性和靈活性。

　　USB、串口、并口是計(jì)算機(jī)和外設(shè)進(jìn)行通訊的常用接口，但對(duì)于數(shù)據(jù)量大的圖像來(lái)說(shuō)，串行RS-232協(xié)議難于達(dá)到圖像采集實(shí)時(shí)性要求。USB口即使能滿足所需速度，但要求外設(shè)必須支持USB協(xié)議，而USB協(xié)議與常用工程軟件的接口還不普及。IEEE-1394接口具有廉價(jià)，速度快，支持熱拔插，數(shù)據(jù)傳輸速率可擴(kuò)展，標(biāo)準(zhǔn)開放等特點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著數(shù)字圖像采集速度的提高、數(shù)據(jù)量的增大，原有的標(biāo)準(zhǔn)漸難以滿足需求。為了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的連接，實(shí)現(xiàn)高速、高精度、靈活、簡(jiǎn)單的連接，在National Semiconductor公司等多家相機(jī)制造商共同制定推出了Camera Link標(biāo)準(zhǔn)。Camera Link是專門為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸提出的接口標(biāo)準(zhǔn)，專為數(shù)字相機(jī)制定的一種圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)控制信號(hào)及相機(jī)控制信號(hào)傳輸?shù)目偩€接口，其最主要特點(diǎn)是采用了低壓差分信號(hào)(LVDS)技術(shù)，使攝像機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速率大大提高。