基于fpga的机器视觉设计

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1、.基于FPGA的机器视觉设计摘要：为实现系统快速更新，在此设计了一种新的机器视频解决方案，借助fpga技术，实现视频输入端口与gigevisionip的使用以及系统与计算机主机的连接。设计方案中采用了新的gigevision标准及gigevisionip核，使系统相比其他现有相关标准更简单、速度更快，是未来的发展方向。关键词：机器视觉;视频;fpga;gigevision引言机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉作为人类视觉与大脑的延伸，是衡量现代工业自动化程度的标志之一。近年来，随着计算机技术尤其是多媒体技术和数字图像处理及分析理论的成熟，以及大规模

2、集成电路的迅速发展，机器视觉技术得到了广泛的应用研究，取得了巨大的经济与社会效益。机器视觉系统主要由3部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。本文介绍了基于fpga的一种机器视觉系统，该系统采用gigevision摄像机来获取图像，在fpga中采用了gigevision页.ip核，根据tcp/ip传送协议实现了fpga与pc机的数据通讯。1fpga实现机器视觉的优势随着机器视觉系统应用中分辨率的提高和压缩算法的进步，对系统性能和构架灵活性提出了更高的要求，以实现系统的快速更新。可选择的系统构架包括标准单元asic，assp以及各种可编程解决方案，如数字

3、信号处理器（dsp）或媒体处理器和fpga。每种构架都具有各自的优缺点，最终选择取决于终端设备要求和解决方案的可用性。理想构架应具有以下特点：高性能、灵活性、易升级性、低开发成本以及具有随着应用成熟和产量增加向更低成本迁移的能力。fpga具有并行运算、反复使用、大量可使用的软核的优势，是实现机器视觉理想构架的合理选择。fpga是小批量系统提高集成度、可靠性的最佳选择之一。随着vlsi工艺的不断提高，单一芯片内部已可以容纳上百万个晶体管，这使得fpga芯片所能实现的功能也越来越强，同时也可以实现系统集成。fpga有大量软核，可以方便进行二次开发。fpga甚至包含单片

4、机和dsp软核，并且io数仅受fpga自身io限制，所以，fpga又是单片机和dsp的超集。也就是说，单片机和dsp能实现的功能，fpga一般都能实现。在soc设计中，基于fpga器件设计工艺的发展使得越来越多的功能集成到一个芯片成为可能。为实现这一目标，有一种非常实用的soc设计方法，称为基于核的设计，它将系统的功能划分为不同的核，采用ip（intellectualproperty）核来完成特定的设计功能。本文就是采用了gige页.vision的ip核来完成主要部分设计的。2机器视觉系统设计2.1设计原理系统原理框图如图1所示。图1系统硬件体系结构图这个解决方案

5、基于xilinx低功耗低成本的spartan3efpga芯片上实现，它提供了整合cameralink，gigevisionip，千兆以太网mac的平台和可选的visualapplets软件。2.2视频输入模块在its及安防行业，现在主要使用的是模拟摄像机，也有部分厂家推出了网络摄像机(pcamera)。gigevision摄像机与他们之间的对比如表1所示。表1各类摄像机对比摄像机类型gigevision摄像机模拟摄像机网络摄像机成像元件逐行扫描ccd隔行扫描ccd隔行或逐行扫描ccd有效像素640×4801392×1040,2048×2048720×576640×

6、480视频输出格式8b/10b数字输出模拟8b数字输出视频输出接口1000basetbnc10baset/100basetx输出帧率页./（f/s）一般：30最高：2002525~30数据压缩无压缩无压缩mpeg/jpeg远程设置可以不可以可以部分扫描输出可以不可以不可以sdk有无有应用开发难度容易难难从以上的对比表可以看出，gigevision摄像机的主要优点是:(1)逐行扫描；(2)高清晰，缓高分辨率达到4百万像素；(3)帧率高：最高帧率达到200f/s；(4)数据未经压缩，无损失；(5)可以根据需要输出部分扫描数据；(6)可以通过软件自动改变摄像机参数

7、，适应变化的现场环境；(7)后期应用开发方便。基于gigevision摄像机的优点，本系统采用gigevision摄像机。2.3fpga中使用的模块fpga中使用cameralink来进行与相机的互连。cameralink是一个应用于高端机器视觉的强大的数据通道。它使用一个专门的电缆连接和标准化的通信协议。cameralink支持大量的数据和高数据传输率，适合今天的图像数据传输的要求。在系统中xilinxfpga中使用的gigevision是一种由aia（automatedimagingassociation）开发的相机接口标准。这是一项开放性的标准，它能让来自不

8、同厂家的摄