基于TMS320C6416與FPGA的實(shí)時(shí)光電圖像識(shí)別系統(tǒng)

2.2 目標(biāo)圖像采集與處理模塊

　　該模塊主要由DSP處理器TMS320C6416和FPGA來實(shí)現(xiàn)，DSP和FPGA之間采用主/從方式。其中，DSP主要完成對(duì)目標(biāo)圖像的處理及控制FPGA采樣信號(hào)的啟動(dòng)。FPGA則完成對(duì)目標(biāo)圖像的采樣控制過程，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　由攝像頭拍攝到的圖像首先進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，即對(duì)圖像進(jìn)行嵌位、錟相、放大以及同步信號(hào)分離。然后，由DSP啟動(dòng)對(duì)圖像信號(hào)的采樣，即控制FPGA進(jìn)行圖像的采樣，同時(shí)通過中斷查詢方式(FTNT)，監(jiān)控FPGA發(fā)出的采樣完成信號(hào)。

　　采用TI公司的TLC5510芯片來進(jìn)行高速A/D采樣。TLC5510為5V電源、8位、20Msps的高速并行ADC，最大量程為2V。為了達(dá)到實(shí)時(shí)處理的目的，本系統(tǒng)只采集灰度圖像，CCD圖像的幀頻為30Hz，幀圖像分辨率為512×512像素，每個(gè)像素點(diǎn)8位量化。

　　FPGA在行(HS)、場(chǎng)(VS)同步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生A/D采樣的控制信號(hào)來控制采樣過程，同時(shí)，F(xiàn)PGA提供存儲(chǔ)器地址及片選與讀寫控制信號(hào)，數(shù)字信號(hào)按照該地址并在RAM_W有效時(shí)，寫入FPGA存儲(chǔ)器RAM中，為圖像預(yù)處理作好準(zhǔn)備。

　　采樣完成后，F(xiàn)PGA產(chǎn)生外部中斷，向DSP發(fā)出中斷請(qǐng)求，DSP進(jìn)入中斷處理：FPGA提供RAM的地址信號(hào)，并在RAM_R有效時(shí)，DSP將RAM中的采樣數(shù)據(jù)以EDMA方式讀至同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器SDRAM中。SDRAM為4balaks×512 kb×32b，時(shí)鐘主頻為166 MHz，這樣就保證了工作時(shí)所需的存儲(chǔ)容量和實(shí)時(shí)性的要求。數(shù)據(jù)傳輸完畢，DSP啟動(dòng)FPGA進(jìn)行下一幀圖像的采樣，F(xiàn)PGA再次進(jìn)入采樣控制處理過程，DSP則對(duì)目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和畸變等處理。

　　在完成對(duì)目標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)處理后，DSP將處理后目標(biāo)圖像和存儲(chǔ)在ROM中的參考圖像構(gòu)成的聯(lián)合輸入圖像實(shí)時(shí)輸出到液晶電視上的約定區(qū)域內(nèi)，以便進(jìn)行光信息處理。

　　2.3 自動(dòng)識(shí)別模塊

　　自動(dòng)識(shí)別模塊采用三星公司ARM處理器S3C2440來完成。S3C2440處理器是基于ARM920T內(nèi)核的32位RISC嵌入式芯片。該ARM內(nèi)核的CPU主頻最高可達(dá)533MHz，此處使用499MHz，它除了集成3個(gè)串口、SD卡控制器、USB Host控制器、LCD控制器、Nand Flash控制器以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘外，還增添了工業(yè)控制總線(CAN)、Camera控制器(數(shù)碼攝像機(jī)接口)、PCMCIA接口(可接無線網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器及其他外設(shè))。另外，用1個(gè)96針總線插槽引出CPU的局部總線，可外接其他總線設(shè)備并與多方通信。目前，S3C2440已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、多媒體處理、消費(fèi)類電子及網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。

　　S3C2440處理器的接口框圖如圖3所示。S3C2440內(nèi)置Camera控制器，并支持最大為4096×4096像素的圖像輸入，因此本系統(tǒng)對(duì)聯(lián)合頻譜圖像的獲取選用130萬像素?cái)z像頭進(jìn)行視頻采集與傳輸，通過Catnera控制器完成對(duì)頻譜圖像的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)，然后對(duì)頻譜進(jìn)行振幅調(diào)制和傅里葉反變換，得到互相關(guān)結(jié)果，從而進(jìn)行判別與處理。

　　圖3中，64MB NAND Flash采用三星的。K9F1208，用于存放應(yīng)用程序;2MB的NOR Flash采用AMD的AM29LV160DB，用于存放Bootloader及Kernel;64MBSDRAM采用現(xiàn)代的HY57V561620;32KB FRAM(鐵電存儲(chǔ)器)，減少對(duì)Flash的頻繁操作，延長(zhǎng)Flash壽命，同時(shí)防止掉電時(shí)數(shù)據(jù)丟失。

　　S3C2440作為主控處理器，還負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通信，并可通過網(wǎng)卡與Internet進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化。另外，還可通過USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取。2.4 系統(tǒng)軟件主流程

　　該光電混合圖像識(shí)別系統(tǒng)工作主流程如圖4所示。ARM和DSP在完成初始化后，通過HPI口加載DSP程序并通過中斷激活DSP運(yùn)行;DSP在工作后啟動(dòng)FPGA，F(xiàn)PGA控制A/D采樣芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集。

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