本文将机器视觉与网络技能相结合，运用TI公司新近推出的6000系列DSPsTMS320DM642为中心，运用ALTERA公司的FPGA，用其完成图画预处理，减轻了DSPs的担负。运用网络技能完成图画传输。
1、导言
机器视觉自起步开展到现在，已有15年的开展前史。应该说机器视觉作为一种运用体系，其功用特点是跟着工业主动化的开展而逐渐完善和开展的。
现在，国际上视觉体系的运用方兴未已，1998年的市场规模为46亿美元。在国外，机器视觉的运用遍及首要体现在半导体及电子职业，其间大约 40%-50%都会集在半导体职业。详细如PCB印刷电路。首要的机器视觉公司比如德国克朗斯公司，美国的工业动力机械有限公司等等。
而在国内，工业视觉体系尚处于概念导入期，导致以上各职业的运用很少，即便是有，也仅仅低端方面的运用，大多数国内公司多署理国外公司产品，自主研制的相对较少，这样产品在国内价格相对很高，导致许多工厂在权衡利弊之后，抛弃了运用机器视觉的主意。
但跟着我国配套根底建设的完善，技能、资金的堆集，各行各业对选用图画和机器视觉技能的工业主动化、智能化需求开端广泛呈现，一起也因为视频收集体系硬件产品的价格下降，国内有关大专院校和研究所近两年在图画和机器视觉技能范畴进行了活跃思索和斗胆的测验，逐渐开端了工业现场的运用。别的，各职业的抢先企业在处理了出产主动化的问题今后，已开端将目光转向视觉丈量主动化方面。这些运用大多会集在如药品检测分装、印刷颜色检测等。真实高端的运用还很少，因而，以上相关职业的运用空间还比较大。
嵌入式体系和网络化是机器视觉体系开展的两个趋势：
1) 嵌入式体系使得数据收集、主动操控和图画检测集成得愈加严密，别的根据嵌入式体系的机器视觉体系具有极低的功耗。
2) 网络化是嵌入式体系的开展趋势，其在工业主动化范畴的运用也越来越广泛，机器视觉于网络通信等先进技能的结合正在改动工业主动化出产的相貌。
当时，机器视觉与运动操控，网络通讯等先进技能的结合正在改动工业主动化出产的相貌，而一起具有运动操控，机器视觉，网络通讯几方面技能布景的企业无疑将走在前列。
2、体系硬件规划
本次规划以啤酒瓶检测为规划布景，结合机器视觉的这两大开展趋势，开发以TI公司TMS320DM642为中心的嵌入式体系，并运用以太网技能进行图画传输。
规划模块示意图：
图1 硬件结构框图
2.1 视频收集模块
模仿视频信号选用非规范制式，相机作业在外触发办法下，由FPGA供给触发信号，每触发一次，相机传送一场信号。进入电路板的视频信号幅值为1V，先经过视频运算扩大器EL4089扩大并嵌位，使幅值升为2V.之后信号分两路，一路送ISL59885视频同步别离芯片发生行同步、场同步信号，一路经 AD9200进行模数转化。将视频信号解码出行同步、场同步及8位的亮度信号送入FPGA模块。
2. 2 FPGA模块
Altera公司的EP1K100系列是性价比较高的可编程逻辑器件，它具有10万等效体系门，核电压为2.5V，端口电压兼容5V、3.3V，作业频率可达250MHz，可满意本卡多电压高频率作业要求。
这一部分首要担任整个板卡的逻辑操控，时序调整。FPGA接纳视频的行、场同步及亮度信号，并在FPGA中进行图画的预处理，可以在FPGA中进行二值化、sobel边际切割、中值滤波。将处理后的亮度信号送入DM642的视频口。因为ISL59885发生的行同步信号每两行别离出一个，为了正确的收集，FPGA须在每两个行同步的中心参加一个行同步信号，送往DM642的视频口。别的FPGA还担任视频收集部分的采样频率、嵌位信号的发生，并行IO 操控信号的发生，以及串行接口部分通信协议RS-232、RS-442的挑选等等。
2.3 DM642模块与存储模块
2.3.1 TMS320DM642模块：
DM642是TI公司新近推出的一款运用于视频和图画处理方面的芯片，他选用TMS320C64X系列DSPs的内核，集成了一些面向视频及图画处理的外围设备，例如集成了三个可装备的视频口，10/100Mbps Ethernet MAC，多通道串行音频接口(McASP)及66MHz32位PCI总线。TMS320DM642选用TI公司开发的第二代高性能超长指令字结构 VelociT1.2TM，在每个时钟周期内可履行2个16*16位的乘法或4个8*8位的乘法。TMS320DM642内含6个算术逻辑单元，在每个时钟周期内都可履行2个16位或4个8位的加减\比较\移动等运算。在600MHz的时钟频率下，DM642每秒可以进行24亿次16位的乘累加或48亿次 8位的乘累加。这样强壮的运算才能，使得DM642可以进行实时的多视频处理和图画处理。
本规划运用视频口进行图画收集，用以太网接口完成图画传输。
视频口可以支撑BT.656、HDTV Y/C、MPEG-2 Transport stream input等多种格局的视频数据的输入输出。本次规划选用逐行扫描且只收集亮度数据，视频口作业在YcbCr 4：2：2办法下。视频口与DM642的EDMA结合，每收集一行图画数据便发动一次EDMA同步事情，将数据从接纳FIFO中倒到SDRAM中暂存下来。一场图画数据收集之后，选用EDMA链接主动重新装备EDMA参数。整个图画收集只耗费很少的CPU时刻，使CPU可以把精力会集到后边的图画处理作业中。
2.3.2 存储器模块
外扩了SDRAM及FLASH两种存储器。
1 )SDRAM存储器
在CE0空间衔接了64bit的SDRAM总线。选取2片48LCHM3282来构成SDRAM。这32M的SDRAM空间用来存储程图画数据和图画处理中心成果等信息。总线由外部PLL驱动设备操控，在133MHz的最佳运转状态下运转。SDRAM的改写由TMS320DM642主动操控。
2 )FLASH存储器
本体系扩展了1M的FLASH，映射在CE1空间的低位。FLASH存储器选用1M*8的MBM29DL800。FLASH存储器首要用于DSPs程序的存储。CE1空间被装备成8bit，异步接口，FLASH存储器也是8bit。复位后的默许地址是000，并进行1K数据的上电主动引导。
2. 4 以太网模块
DM642上的EMAC接口为DSP处理内核与网络供给了一个有用的接口。他支撑10Base-T、100 Base-TX，可作业在10Mbits/second 和 100Mbits/second的速度下进行全双工或半双工传输。并供给硬件流量操控和QOS支撑。
DM642的EMAC接口支撑到核算机网络协议的数据链路层，支撑规范的MII接口(媒体无关接口)与物理层设备相连。物理层设备运用BROADCOM公司的BCM5221，加Pulse公司的1：1型阻隔变压器H1102。
网络图画及操控信息的传输选用非面向衔接的UDP协议，关于480*480巨细的8位灰度的图画，每秒可传送20幅。
2.5 IO模块与串行接口模块
IO接口由FPGA操控，用于向机械部分、主动操控部分发送操控信号，并行IO接口有两路，一路经LV162245驱动输出，一路经光耦进行阻隔输出。
串行接口运用TI公司的TL16C752B UART，他与ST16C550 UART引脚兼容，并具有更大的发送、接纳FIFO缓存(发送、接纳各64Byte )，支撑硬件、软件流量操控。电平转化选用MAXIM公司的MAX3160，RS-232、RS-485、RS-422等多种传输协议。
3、FPGA完成图画预处理算法
以FPGA完成3*3 Sobel边际检测为例，介绍FPGA完成图画预处理的办法。
首要，应从视频信号中提取出3*3 巨细的图画框。须运用三个FIFO，其巨细与一行像素巨细相同，将三个FIFO串行衔接在一起。用视频信号的前三行充溢三个FIFO，之后每来一个像素在写入FIFO的一起，从每个FIFO中读出一个像素的亮度值，别离放入三个移位寄存器。如此，在三个像素点之后就得到一个3*3的矩形框。跟着视频信号的不断流入，矩形框将遍历整个图画区域。
之后，就可以对提取出来的像素点，进行各种算法的处理。
以下是用Verilog言语描绘的3*3 Sobel算子：
wire[10:0] temp1，temp2，temp3，temp4;
wire[7:0] sobel1，sobel2，sobel3，sobel4;
wire[7:0] dataout;
assign temp1 = temp[1] + temp[2] + temp[3];
assign temp2 = temp[7] + temp[8] + temp[9];
assign temp3 = temp[1] + temp[4] + temp[7];
assign temp4 = temp[3] + temp[6] + temp[9];
assign sobel1 = (temp1>temp2)?(temp1-temp2)：0 ;
assign sobel2 = (temp3>temp4)?(temp3-temp4)：0 ;
assign sobel3 = (sobel1>8’d 255) ? 8’d255 ： sobel1;
assign sobel4 = (sobel2>8’d 255) ? 8’d255 ： sobel2;
assign dataout[7:0] = ((sobel3 > sobel4)?sobel3[7:0]：sobel4[7:0]);
其间，考虑到了数据核算的溢出或成果为负值的状况，边际检测作用杰出。
4、结束语
本次规划为机器视觉体系建立图画处理部分的硬件渠道，结合机器视觉体系开展的两大趋势：嵌入式体系与网络技能。根据美国德州仪器公司新近推出的6000系列DSPs芯片TMS320CDM642，运用TMS320DM642芯片上供给的Video Port和Ethernet Media Access Controller完成视频收集与网络技能的结合。运用在线可编程技能，在FPGA中完成必要的图画预处理算法，减轻TMS320DM642的担负，为后续的图画实时检测打下了杰出的根底。
本次规划完成了关于480*480的灰度图画，经过以太网进行25 Frames/s的流通的传输。
以下为FPGA完成的Sobel边际提取算法的作用：
图3.原始图画与Sobel边际提取后的图画
