工業(yè)檢測應(yīng)用中可擴展的微處理器視覺系統(tǒng)的評估框架

　　算法流程圖

　　上圖給出了檢測圖像缺陷的算法。原始圖像通過過濾去掉噪聲，并平滑由于傳送器上的角度問題而造成的部分顏色和明亮度的變化。

　　圖像轉(zhuǎn)化為HLS模型，以便再通過兩個16位輸入8位輸出的查找表轉(zhuǎn)化成單色。HLS模型中，色度（H）和飽和度（S）由顏色決定，而明亮度（L）主要由能被光照到的物體表面的方位決定。這兩要素在8位單色像（圖表中為M）的結(jié)構(gòu)中被編碼。這一步驟可以用于檢測顏色錯誤和總體方向錯誤，因而顯得比較重要。

　　在對圖像進行去斑降噪之后，開始對圖像進行連接性的分析。分析結(jié)果用于從單色和彩色圖像中選擇區(qū)域，以獲得另外的特性。這一步一般會減少百分之七十的像素數(shù)量。

　　所選區(qū)域用單色進行量測，彩色則用于發(fā)展每個區(qū)域的特性。獲得的特性是顏色，通過單色圖像、連接框、邊界圓、周長、凸包和面積等要素修正。
這些特性作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別器的輸入。之所以選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別器是因為要處理的圖像區(qū)域相當復(fù)雜。統(tǒng)計型的識別器難以進行計算，而且對噪聲敏感。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用100個輸入，在第一個隱藏層使用200個節(jié)點，第二層使用100個節(jié)點，輸出層（通過/未通過）使用一個節(jié)點。

　　選擇處理系統(tǒng)的下一步就是要使用下面所選的微處理器進行評估算法：Analog Devices公司的21160Hammerhead，Intel®（P3-450）,Philips公司的半導(dǎo)體TM1300 TriMedia和德州儀器（TI）的C6701。每種處理器的編碼已經(jīng)優(yōu)化過，每種類型單個處理器的執(zhí)行時間也已測過。下表給出了每個處理器執(zhí)行每一步算法的結(jié)果。

　　分析與結(jié)果

　　所有時間單位為毫秒

　　從上表中，我們可以發(fā)現(xiàn)每種處理器都有各自的優(yōu)點。若以總時間來論，則ＰⅢ-450無疑是最佳的。其中兩種處理器需要保持與照相機同步的圖像速度。所有情況下，系統(tǒng)需要另外一個處理器來提供操作系統(tǒng)支持，如磁盤驅(qū)動和用戶界面。PⅢ的計算能力似乎不夠理想，但在限制于存儲器總線性能的應(yīng)用中，它仍然是個相當出色的處理器。PⅢ的存儲器總線速度是其他處理器的兩倍，TM1300是個例外，PⅢ的存儲器總線速度只是它的1.4倍（800MB/s VS 572MB/s）。

　　Philips和TI的處理器擁有許多處理單元，這使得它們具有相當好的總體性能，盡管在時鐘速度上它們遠慢于Intel PⅢ-450。Philips的TM1300使用一個視覺端口對處理器進行直接的讀取和顯示。Intel PⅢ-450、Analog Devices 21160和TI C6701則使用DMA控制器進行讀取和顯示。

　　上圖給出了隨著處理器的增加可達到的幀速率。從圖中可以看出，TM1300和PⅢ-450在此應(yīng)用中性能相當，居于最前，TMS320C6701稍慢些，ADI21160則是最慢的。Philip TM1300、Analog Devices 21160和TI C6701都需要兩個處理器以保持圖像速率。但它們（在PC上的協(xié)處理器板上）的成本卻遠低于PⅢ-450。一個多處理器的PⅢ-450系統(tǒng)需要花費幾千美元（大約3000美元）——價格高于基本的單處理器PC. Philip TM1300、Analog Devices 21160和TI C6701的協(xié)處理器系統(tǒng)最低只需1500美元。

　　另外，隨著額外的處理器的增加，PⅢ的效率開始降低。多處理器PⅢ系統(tǒng)中使用的共享多處理器（SMP）總線因為處理器間的總線沖突從而降低了存儲器密集應(yīng)用的性能。隨著額外處理器的增加，沖突更加突出，效率也就更低了。裝有超過4個PⅢ處理器的系統(tǒng)并不多見。連接處理器到照相機需要有特定的硬件。基于21160和TMS320C6701的解決方案所要花的成本要高于基于TriMedia和PⅢ的解決方案所花的成本。

　　結(jié)論

　　以元件檢測應(yīng)用為例，我們發(fā)現(xiàn)在存儲器帶寬發(fā)揮重要作用的應(yīng)用場合，奔騰PⅢ-450無疑是個極為出色的處理器。然而，基于集群的體系結(jié)構(gòu)卻產(chǎn)生了負面影響，因為存儲器總線飽和嚴重制約了將來的可擴展性（如PⅢ-450）。相反，基于本地存儲器體系解決方案的處理器卻能隨著處理器的增加而線性地提高其處理量。

　　Intel PⅢ受其外圍邏輯（PC）的限制，在一些應(yīng)用場合不能發(fā)揮其性能。盡管AGP總線的使用會改善這種情況，但其SMP設(shè)計最終將限制其擴展性。因此，在要求嚴格的視覺應(yīng)用場合尤其是需要用于將來擴展的應(yīng)用場合，最可行的辦法是保留一個更易擴展、有更高吞吐量的協(xié)處理器板，最終使得成本低于本地解決方案所花的成本。 (end)