模塊設計及FPGA圖像處理 - 基于DSP和FPGA的機器視覺系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

　　2.3.2 存儲器模塊

　　外擴了SDRAM及FLASH兩種存儲器。

　　1 ）SDRAM存儲器

　　在CE0空間連接了64bit的SDRAM總線。選取2片48LCHM3282來構成SDRAM。這32M的SDRAM空間用來存儲程圖像數(shù)據(jù)和圖像處理中間結果等信息。總線由外部PLL驅動設備控制，在133MHz的最佳運行狀態(tài)下運行。SDRAM的刷新由TMS320DM642自動控制。

　　2 ）FLASH存儲器

　　本系統(tǒng)擴展了1M的FLASH，映射在CE1空間的低位。FLASH存儲器選用1M*8的MBM29DL800。FLASH存儲器主要用于DSPs程序的存儲。CE1空間被配置成8bit，異步接口，F(xiàn)LASH存儲器也是8bit。復位后的默認地址是000，并進行1K數(shù)據(jù)的上電自動引導。

　　2. 4 以太網(wǎng)模塊

　　DM642上的EMAC接口為DSP處理內核與網(wǎng)絡提供了一個有效的接口。他支持10Base-T、100 Base-TX，可工作在10Mbits/second 和 100Mbits/second的速度下進行全雙工或半雙工傳輸。并提供硬件流量控制和QOS支持。

　　DM642的EMAC接口支持到計算機網(wǎng)絡協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層，支持標準的MII接口（媒體無關接口）與物理層設備相連。物理層設備使用BROADCOM公司的BCM5221，加Pulse公司的1：1型隔離變壓器H1102。

　　網(wǎng)絡圖像及控制信息的傳輸采用非面向連接的UDP協(xié)議，對于480*480大小的8位灰度的圖像，每秒可傳送20幅。

　　2.5 IO模塊與串行接口模塊

　　IO接口由FPGA控制，用于向機械部分、自動控制部分發(fā)送控制信號，并行IO接口有兩路，一路經(jīng)LV162245驅動輸出，一路經(jīng)光耦進行隔離輸出。

　　串行接口使用TI公司的TL16C752B UART，他與ST16C550 UART引腳兼容，并具有更大的發(fā)送、接收FIFO緩存（發(fā)送、接收各64Byte ），支持硬件、軟件流量控制。電平轉換采用MAXIM公司的MAX3160，RS-232、RS-485、RS-422等多種傳輸協(xié)議。

　　3、FPGA實現(xiàn)圖像預處理算法

　　以FPGA實現(xiàn)3*3 Sobel邊緣檢測為例，介紹FPGA實現(xiàn)圖像預處理的方法。

　　首先，應從視頻信號中提取出3*3 大小的圖像框。須使用三個FIFO，其大小與一行像素大小相同，將三個FIFO串行連接在一起。用視頻信號的前三行充滿三個FIFO，之后每來一個像素在寫入FIFO的同時，從每個FIFO中讀出一個像素的亮度值，分別放入三個移位寄存器。如此，在三個像素點之后就得到一個3*3的矩形框。隨著視頻信號的不斷流入，矩形框將遍歷整個圖像區(qū)域。

　　之后，就可以對提取出來的像素點，進行各種算法的處理。

　　以下是用Verilog語言描述的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］）;

　　其中，考慮到了數(shù)據(jù)計算的溢出或結果為負值的情況，邊緣檢測效果良好。

　　4、結束語

　　本次設計為機器視覺系統(tǒng)搭建圖像處理部分的硬件平臺，結合機器視覺系統(tǒng)發(fā)展的兩大趨勢：嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡技術?；诿绹?a href="http://ttokpm.com/tags/德州儀器/" target="_blank">德州儀器公司新近推出的6000系列DSPs芯片TMS320CDM642，利用TMS320DM642芯片上提供的Video Port和Ethernet Media Access Controller實現(xiàn)視頻采集與網(wǎng)絡技術的結合。利用在線可編程技術，在FPGA中實現(xiàn)必要的圖像預處理算法，減輕TMS320DM642的負擔，為后續(xù)的圖像實時檢測打下了良好的基礎。

　　本次設計實現(xiàn)了對于480*480的灰度圖像，通過以太網(wǎng)進行25 Frames/s的流暢的傳輸。

　　以下為FPGA實現(xiàn)的Sobel邊緣提取算法的效果：

　　圖3.原始圖像與Sobel邊緣提取后的圖像