一种嵌入式视觉系统的制作方法

文档序号:13107599阅读:954来源:国知局
一种嵌入式视觉系统的制作方法与工艺

本实用新型涉及一种嵌入式视觉系统。



背景技术:

嵌入式系统由于其稳定性、专用性和高效性,已经广泛运用于工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类领域。嵌入式视觉指的是机器通过视觉手段来理解周围的环境,嵌入式视觉是两项技术的整合,即嵌入式系统和机器视觉。嵌入式视觉系统应用了嵌入式技术,包括数字信号处理器(DSP)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)及大容量存储器(DDR2 SDRAM和NAND FLASH)等,将图像采集、图像处理和通信等功能集成于一体,实现了模块化、智能化的嵌入式视觉解决方案。由于嵌入式视觉系统具有易学、易用、易维护、易安装等特点,可在短期内构建起可靠而有效的机器视觉系统,从而极大的进步了应用系统的开发速度。

在实际应用中,嵌入式视觉系统实现方式主要有两种:

(1)基于标准总线,采用DSP作为运算和控制处理器的系统。DSP芯片虽然能够处理大量信息和高速运行,但其I/O接口单一,不易扩展,控制能力较弱,尚存在一定局限性;

(2)基于DSP+FPGA的视觉系统。FPGA与DSP的结合,可实现宽带信号处理,大大提高信号处理速度,但FPGA使用的是硬件描述语言,其算法开发具有很大的难度,功能实现由硬件控制,系统受环境影响较大。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种嵌入式视觉系统。

为实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:

一种嵌入式视觉系统,用于图像传感器的控制及对其所采集的图像进行处理,包括:

图像采集接口模块,其包括若干连接器,以分别连接若干组图像传感器,各连接器均连接有图像传感器控制芯片、图像采集芯片及双线路接收芯片;

图像处理模块,其为集成ARM处理器与DSP处理器的双嵌入式结构,其与各连接器上的图像传感器控制芯片、图像采集芯片及双线路接收芯片相连;

图像存储模块,其与图像处理模块相连;

外围接口模块,其与图像处理模块相连,用于外围设备的控制及实现图像处理模块与外部处理器的通信。

优选地,所述连接器为MDR26连接器,所述图像传感器控制芯片为DS90LV047A芯片,所述图像采集芯片为DS90CR288A芯片,所述双线路接收芯片为DS90LV049芯片。

优选地,所述图像处理模块为TMS320dm8168芯片。

优选地,所述图像存储模块包括DDR内存模块与固态硬盘。

优选地,所述外围接口模块包括VGA显示器接口、LCD触摸屏接口、USB接口、千兆网口以及双DDR2/3SDRAM接口。

优选地,所述图像传感器为Camera Link接口相机。

采用上述技术方案后,本实用新型与背景技术相比,具有如下优点:

1、图像采集接口模块采用Camera Link接口协议,可与Camera Link接口的相机进行连接,其具有开放式的接口协议,可满足不同厂家间产品的兼容性需求;

2、ARM处理器和DSP处理器集成在一个芯片中,通过软件编程即完成ARM与DSP的协调工作,由该芯片构建开发的嵌入式视觉处理系统,凭借植入Linux系统的ARM处理器的优异的控制性能,配合DSP的强大运算处理能力使得系统拥有良好的实时性和稳定性,可以为嵌入式视觉的研究和应用提供很好的视频采集与处理硬件平台。

附图说明

图1为本实用新型结构框图;

图2为本实用新型硬件原理图;

图3为本实用新型分时采集时序图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1及图2所示,一种嵌入式视觉系统,用于图像传感器的控制及对其所采集的图像进行处理,其包括图像采集接口模块、图像处理模块、图像存储模块以及外围接口模块。

本实施例采用的图像传感器为Camera Link接口相机,Camera Link接口具有开放式的接口协议,使得不同厂家既能保持产品的差异性,又能互相兼容。所述图像采集接口模块包括若干连接器,本实施例采用MDR26连接器,从而实现其与若干组图像传感器的连接。各连接器均连接有图像传感器控制芯片、图像采集芯片及双线路接收芯片,本实施例中,所述图像传感器控制芯片采用DS90LV047A芯片,所述图像采集芯片采用DS90CR288A芯片,所述双线路接收芯片采用DS90LV049芯片。所述DS90LV047A芯片用于对图像传感器进行发送控制指令与数据配置;所述DS90CR288A为Camera Link解码芯片,获得所需的图像数据;所述DS90LV049芯片用于实现图像传感器与图像采集系统间的双向通信,提高数据处理速度。

所述图像处理模块为集成ARM处理器与DSP处理器的双嵌入式结构,其与各连接器上的图像传感器控制芯片、图像采集芯片及双线路接收芯片相连。本实施例中,图像处理模块采用TI公司达芬奇系列的TMS320DM8168芯片。TMS320DM8168的HDVPSS(HD Video Processing Subsystem)提供了视频输入接口和视频输出接口。视频输入接口提供了外部图像设备(如图像传感器、视频解码器等)的接入。

HDVPSS可支持高达3个60f/s的1080p通道、同时支持16个通道的CIF数据流的H.264高画质D1编码与8通道D1解码;支持2个独立的视频捕捉输入端口,每个视频输入端口支持缩放、像素格式转换。两个视频输入捕捉端口均能以1个16b输入通道(带分离的Y和Cb/Cr输入),或2个时钟独立的8b输入通道操作(带交织的Y/C数据输入)。第一个视频输入端口能以24b模式操作以支持RGB捕捉。所有采集模式捕捉时钟高达165MHz,可满足高速率的图像采集。

高清视频处理子系统(HDVPSS)有两个独立视频捕捉输入端口(Video Input Port)VIP0与VIP1.VIP0可配置成24b、16b、和两个独立的8b模式,VIP1可配置成16b和两个独立的8b。从捕捉频率和各种配置模式可看出,针对不同的流量,可以有多种实现方法。为了存储设计简单,本实施例将VIP0配置为24b进行采集。在此模式下,最高流量为165M×24/8=495MB/s,可以满足流量要求。

从最高捕捉时钟可知,每次采集间隔在1/165M,约为6.1ns。经计算,也为了设计方便,拟采用三个帧频均为200f/s的Base配置的Camera Link相机,帧频控制均为外部触发方式,该Camera Link相机一次输出两个像素,每像素12b,即2×12b,刚好可以和VIP0的24b匹配采集。以三路信号分时采集为例,3路信号的采集方法为3个相机轮流采集,即一个循环内每个相机各采一帧,因此,需要实现3组分时采集的时序信号。如图1及图2所示,由第一定时器与第二定时器产生一个1/200s的脉宽,经延时环节使帧频高电平分时分路送入三个相机;3路采集信号时序关系为一个相机不进行延时,一个相机延时1/200s,最后一个延时2/200s,如图3所示的是分时采集时序图。

相机通过DS90LV047A收到指令后,将拍摄到的图像数据分为4路LVDS数据信号和1路LVDS时钟信号,通过接口连接器MDR26传输到DS90CR288A;DS90CR288A将串行数据转换成28路并行信号和1路随路时钟信号,并传送至TMS320DM8168视频捕捉端口VIP0进行采集。

所述图像存储模块与图像处理模块相连,用于图像数据的存储。由图像处理模块的设计可知,系统所需的存储速率约为160MB/s,数据量较大,因而选择DDR内存模块与固态硬盘作为图像存储模块。

如图2所示,数据采集结束后,通过配置HDVPSS子系统将数据送入VPDMA,最后转入DDR内存,当DDR内存的数据量达到设定的数据量时产生中断,中断发生后,根据存放地址启动内存和固态硬盘之间的DMA传输,将采集的图像通过SATA2接口存储在SSD上,实现数据存储。

然后启动定时器产生下一个帧频脉冲,开始下一周期的数据采集。

DDR内存模块选取系统支持的DDR3(1600)存储器。按照系统存储控制器位宽32b来算,内存速率可达32/8×1600M=6.4GB/s。在该模式下,采集和存储可并行处理。缓存所采集的数据移动到DDR3内存,其速率远高于端口采集的每秒数据量。因为该方案的采集方式是每帧轮流采集,并且帧内数据已按顺序紧凑排列,可大幅减少数据的重排工作,仅需去除一些辅助数据。采集系统将其余相关信号全部置成一帧一行的形式,让相机的时钟信号与系统采集端口的时钟信号通信,图像信号前有少量的辅助数据,设置DMA起始地址时直接跳过辅助数据。所以在本系统几乎不运行程序的情况下,固态硬盘可以最少有80%的时间占据DMA控制权进行内存图像数据的存储。按所选取的硬盘的持续写入速率250MB/s来算,250×0.8=200MB/s大于160MB/s,所以1s采集的数据可以进行实时存储。数据上传后,可以选择清除原有数据,释放硬盘空间。

所述外围接口模块,其与图像处理模块相连,用于外围设备的控制及实现图像处理模块与外部处理器的通信。所述外围接口模块包括VGA显示器接口、LCD触摸屏接口、USB接口、千兆网口以及双DDR2/3SDRAM接口。本实施例中,由于采用的是TMS320DM8168芯片,其集成有2个具有GMII和MDIO接口的千兆位以太网MAC(10Mb/s,100Mb/s,1000Mb/s),2个具有集成2.0PHY的USB端口,双DDR2/3SDRAM接口等,故而所述外围接口模块直接选用TMS320DM8168芯片上的集成接口。

TMS320DM8168的两个USB口可满足将采集的图像数据上传给上位机时连接键盘鼠标,LCD、VGA接口可用来直接显示图像。串口亦可用来同上位机进行通信,且可用来控制本设计方案用到的Camera Link相机。千兆网接口以其超高的速率可满足图像数据的高速传输。

以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

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