基于DSP和FPGA的机器视觉系统设计与实现

创新观点：

　　本文将机器视觉与网络技术相结合，使用TI公司新近推出的6000系列DSPsTMS320DM642为核心，应用ALTERA公司的FPGA，用其实现图像预处理，减轻了DSPs的负担。应用网络技术实现图像传输。

　　1、引言

　　机器视觉自起步发展到现在，已有15年的发展历史。应该说机器视觉作为一种应用系统，其功能特点是随着工业自动化的发展而逐渐完善和发展的。

　　目前，国际上视觉系统的应用方兴未艾，1998年的市场规模为46亿美元。在国外，机器视觉的应用普及主要体现在半导体及电子行业，其中大概 40%-50%都集中在半导体行业。具体如PCB印刷电路。主要的机器视觉公司诸如德国克朗斯公司，美国的工业动力机械有限公司等等。

　　而在国内，工业视觉系统尚处于概念导入期，导致以上各行业的应用很少，即便是有，也只是低端方面的应用，大多数国内公司多代理国外公司产品，自主研发的相对较少，这样产品在国内售价相对很高，导致很多工厂在权衡利弊之后，放弃了使用机器视觉的想法。

　　但随着我国配套基础建设的完善，技术、资金的积累，各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、智能化需求开始广泛出现，同时也由于视频采集系统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像和机器视觉技术领域进行了积极思索和大胆的尝试，逐步开始了工业现场的应用。另外，各行业的领先企业在解决了生产自动化的问题以后，已开始将目光转向视觉测量自动化方面。这些应用大多集中在如药品检测分装、印刷色彩检测等。真正高端的应用还很少，因此，以上相关行业的应用空间还比较大。

　　嵌入式系统和网络化是机器视觉系统发展的两个趋势：

　　1） 嵌入式系统使得数据采集、自动控制和图像检测集成得更加紧密，另外基于嵌入式系统的机器视觉系统具有极低的功耗。

　　2） 网络化是嵌入式系统的发展趋势，其在工业自动化领域的应用也越来越广泛，机器视觉于网络通信等先进技术的结合正在改变工业自动化生产的面貌。

　　当前，机器视觉与运动控制，网络通讯等先进技术的结合正在改变工业自动化生产的面貌，而同时具备运动控制，机器视觉，网络通讯几方面技术背景的企业无疑将走在前列。

　　2、系统硬件设计

　　本次设计以啤酒瓶检测为设计背景，结合机器视觉的这两大发展趋势，开发以TI公司TMS320DM642为核心的嵌入式系统，并应用以太网技术进行图像传输。

　　设计模块示意图：

　　
图1 硬件结构框图

　　2.1 视频采集模块

　　模拟视频信号采用非标准制式，相机工作在外触发方式下，由FPGA提供触发信号，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，先经过视频运算放大器EL4089放大并嵌位，使幅值升为2V.之后信号分两路，一路送ISL59885视频同步分离芯片产生行同步、场同步信号，一路经 AD9200进