基于FPGA的機器視覺設(shè)計
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從以上的對比表可以看出，Gige Vision攝像機的主要優(yōu)點是：
(1)逐行掃描；
(2)高清晰，緩高分辨率達到4百萬像素；
(3)幀率高：最高幀率達到200 f／s；
(4)數(shù)據(jù)未經(jīng)壓縮，無損失；
(5)可以根據(jù)需要輸出部分掃描數(shù)據(jù)；
(6)可以通過軟件自動改變攝像機參數(shù)，適應變化的現(xiàn)場環(huán)境；
(7)后期應用開發(fā)方便。
基于Gige Vision攝像機的優(yōu)點，本系統(tǒng)采用GigeVision攝像機。
2．3 FPGA中使用的模塊
FPGA中使用Camera Link來進行與相機的互連。Camera Link是一個應用于高端機器視覺的強大的數(shù)據(jù)通道。它使用一個專門的電纜連接和標準化的通信協(xié)議。Camera Link支持大量的數(shù)據(jù)和高數(shù)據(jù)傳輸率，適合今天的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?br /> 在系統(tǒng)中Xilinx FPGA中使用的Gige Vision是一種由AIA(Automated Imaging AsSoCiation)開發(fā)的相機接口標準。這是一項開放性的標準，它能讓來自不同廠家的攝像機與應用軟件通過吉比特以太網(wǎng)實現(xiàn)相互間的無間合作。Gige Vision使用了一個標準的千兆以太網(wǎng)連接同其高帶寬(1 Gb／s)實現(xiàn)了未經(jīng)壓縮圖像和數(shù)據(jù)的實時傳輸。使用Gige Vision IP是實現(xiàn)高性能機器視覺應用的理想解決方案。一個吉比特以太網(wǎng)相機使用Camera Link與Gige Vision相連。
Gige Vision是一種實現(xiàn)單／多相機與單／多計算機相連接進行數(shù)據(jù)集中和分布式處理的理想標準。使用標準千兆以太網(wǎng)允許使用標準電纜和連接器，從而降低材料費和整合成本以及后續(xù)增長以太網(wǎng)帶寬的可擴展性。
本方案中使用的Gige Vision IP核是根據(jù)的GigeVision規(guī)范1．0版的Gige Vision數(shù)據(jù)流協(xié)議的硬件實現(xiàn)。它是由Xilinx的合作伙伴Feith Sensor-to-Image。GmhH發(fā)開的。因為通過硬件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)流通道可以達到千兆以太網(wǎng)的最大吞吐量。IP核的結(jié)構(gòu)如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/190477.htm
Gige Vision的核心由內(nèi)存控制器、吉比特以太網(wǎng)MAC、控制微處理器和一個視頻處理單元組成。
Gige Vision核提供了吉比特以太網(wǎng)MAC接入系統(tǒng)的其余部分，處理Gige Vision數(shù)據(jù)流通道，對GigeVision通道再發(fā)送申請包進行解碼，并提供一個嵌入式CPU的網(wǎng)絡(luò)接口。CPU處理了除Gige Vision數(shù)據(jù)流控制以外的所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。內(nèi)存控制器作為特殊的視頻幀緩沖區(qū)，它不是緩沖輸入的視頻幀，而是把它們分成可供網(wǎng)絡(luò)傳輸和實現(xiàn)Gige Vision數(shù)據(jù)流協(xié)議的部分處理包重發(fā)送功能的較小區(qū)域。
FPGA中與計算機相連的部分使用的是FingerLakes Engineering為Xilinx開發(fā)的Phantom TriMode MAC IP核。它與Gige Vision IP核集成在一起，充分應用1 Gb／x Rx／Tx速率，支持IPv4，IPv6，Jumbo Packet和MDIO。Phantom核具有獨特的重新計時路徑，從而能降低時鐘緩沖器計數(shù)值同時簡化核的集成度，對于低成本的Spartan器件和高性能的Virtex構(gòu)架都是理想的選擇。
2．4 主機接口設(shè)計
本方案中使用吉比特以太網(wǎng)與計算機連接，計算機上需安裝Visual Applets軟件。
Visual Applets是由Silicon Software開發(fā)的一款軟件，可完全兼容Xilinx的FPGA。Visual Applets完成了一個極其強大、靈活、快速和優(yōu)化的Gige Vision開發(fā)平臺，它使不熟悉FPGA的機器視覺專家也能簡單地操作這個系統(tǒng)。
Silicon Software開發(fā)的Visual Applets為最先進的FPGA設(shè)計工具，經(jīng)由易學易用的圖形接口，可以開發(fā)出圖像處理專用的FPGA confi guration，即所謂的applet。
借由Visual Applets可以：
(1)使影像卡變成一個高效能的影像處理器；
(2)現(xiàn)代FPGA的潛能可由任何使用者自行發(fā)揮；
(3)影像處理的解決方案可在數(shù)分鐘內(nèi)完成；
(4)達成硬件階層的快速開發(fā)。
使用Visual Applets，不必擁有較深的硬件知識，如數(shù)字電路、時間分析、FPGA硬件設(shè)計語言。使用VisuaI Applets只要將各個處理模塊之問作鏈接，各種鏈接的兼容性可實時顯示，各模塊間能以不同的位相關(guān)系作鏈接，同時也能評估系統(tǒng)需求資源與數(shù)據(jù)帶寬分析，甚至于分析每個模塊連接點之間的流量，快速找到設(shè)計瓶頸。設(shè)計完成后，產(chǎn)生編譯檔只要幾分鐘的時間，期間不需要任何人工動作，Applet可立即在microDisplay中使用并進行參數(shù)設(shè)定，同時也會自動產(chǎn)生一個Visual C++ SDK project。
3 結(jié)語
本文根據(jù)以FPGA芯片為核心設(shè)計了一種通用的機器視覺系統(tǒng)，可以應用到產(chǎn)品生產(chǎn)線、車輛智能監(jiān)控管理等各種場合。采用最新的高性能視覺標準和國際知名大公司開發(fā)的IP核以及主機Visual Applets軟件的使用極大地提升了系統(tǒng)的性能、可靠性。
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