基于DSP的嵌入式智能相機的研究

摘要：智能相機是一種小型的視覺檢測系統(tǒng)，主要運用于工況監(jiān)視，產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域，能夠提高生產(chǎn)制造的柔性和自動化程度。與傳統(tǒng)的PC式視覺系統(tǒng)相比，它具有易學、易用、易維護、易安裝等特點。在此主要是提出了一種嵌入式智能相機的設(shè)計方案，它是以ADSP-BF537為系統(tǒng)控制核心，以CMOS傳感器為圖像采集裝置，結(jié)合Oscar軟件框架和OpenCV進行軟件設(shè)計。最后通過一個檢測條形碼的應(yīng)用來說明研究出來的智能相機的可行性，并且通過實驗數(shù)據(jù)來說明智能相機運行速度和工作效率。
關(guān)健詞：智能相機；ADSP-BF537；Oscar；OpenCV

0 引言
目前，國內(nèi)智能相機的開發(fā)還是處于起步階段，但是它卻在現(xiàn)實中擁有廣泛的應(yīng)用。典型的機器視覺系統(tǒng)是一般由光源、CCD或CMOS相機、圖像采集卡、圖像處理軟件及一臺PC機構(gòu)成。其中，圖像的采集功能由CCD／CMOS相機及圖像采集卡完成；圖像的處理則是在圖像采集／處理卡的支持下，由軟件在PC機上完成。由于基于PC機的機器視覺體積龐大、結(jié)構(gòu)復雜，其應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)周期長、成本高，因此智能相機就應(yīng)運而生。本文提出了一種基于ADSP-BF537嵌入式智能相機的設(shè)計方案，使它能夠達到機器視覺檢測低成本，高速率，高精度，易操作，小體積的目的。

1 硬件平臺設(shè)計
嵌入式智能相機是一個微小的視覺檢測系統(tǒng)，包含圖像采集裝置、圖像處理算法、圖像處理軟件和通信控制裝置。圖像采集裝置主要是獲取圖像數(shù)據(jù)，使用的是CCD／CMOS傳感器。圖像處理主要是在DSP中進行，是對圖像進行預處理，識別、檢測圖像特征，分割圖像特征，提取圖像特征，最后得到圖像處理結(jié)果。這主要是在數(shù)字信號處理器(DSP)中完成。圖像通信裝置主要是對圖像處理過程進行控制，并且實現(xiàn)圖像處理結(jié)果輸出。圖1為所設(shè)計智能相機的結(jié)構(gòu)框圖。

在本設(shè)計中，相機采用了ADI公司的ADSP-BF537作為控制核心。ADSP-BF537是具有較高性能的系列成員，擁有容量更大的嵌入式存儲器，從而可滿足諸如視頻安全／監(jiān)控和基于工業(yè)環(huán)境的分布式控制／工廠自動化應(yīng)用等嵌入式應(yīng)用的較高吞吐量需求。ADSP-BF537提供了卓越的性能，并專為諸如遠程監(jiān)視設(shè)備、VoIP、銷售點終端以及生物特征識別／安全應(yīng)用等低成本連接設(shè)備而設(shè)計。作為整個系統(tǒng)的核心，ADSP-BF537具有接口豐富，性能優(yōu)良，價格便宜的特點，并具有強大的多媒體數(shù)據(jù)處理能力。
在圖像采集模塊中，相機使用了CMOS圖像傳感器。與CCD圖像傳感器的高成本相比，CMOS圖像觸感器具有低功耗，低成本的優(yōu)勢。隨著CMOS傳感器制造工藝的發(fā)展，其性能將會越來越接近CCD傳感器。相機通過CMOS圖像傳感器采集圖像數(shù)據(jù)，并且在DSP通過I2C的控制下，把數(shù)據(jù)傳入DSP。
在通信控制模塊中，相機通過以太網(wǎng)、串口RS 232，I／O端口與外部進行連接，從而實現(xiàn)相機的數(shù)據(jù)輸出與控制。以太網(wǎng)用以實現(xiàn)上位機與相機的通信與控制，而I／O端口用來外部觸發(fā)控制相機或者實現(xiàn)相機向外部輸出控制信號。串口RS 232主要是用來不通過仿真器來燒寫U_Boot引導程序和uClinux鏡像文件。

2 軟件設(shè)計
相機的軟件程序設(shè)計使用了一個Oscar(Open source camera)框架平臺和OpenCV視覺庫，從而使軟件設(shè)計更加的簡單、方便、快捷，圖2為Oscar框架與OpenCV的關(guān)系圖。Oscar為軟件的設(shè)計提供了簡易的應(yīng)用方法模塊，并且隱藏了硬件接口的復雜性，從而使軟件設(shè)計者不需要關(guān)心底層硬件程序的設(shè)計。而OpenCV構(gòu)建了一個簡單易用的計算機視覺框架，幫助并發(fā)人員更便捷地設(shè)計更復雜的計算機視覺相關(guān)的應(yīng)用程序。