一种基于FPGA加速的矿石分选装置及系统的制作方法

一种基于fpga加速的矿石分选装置及系统
技术领域
1.本实用新型涉及矿石分选技术领域，尤其涉及一种基于fpga加速的矿石分选装置及系统。


背景技术：

2.目前国内外矿石分选自动化设备，其主流的照射和检测系统分为x射线、颜色、电磁感应方式对矿石进行图像采集并传输给pc机进行算法处理及矿石分离执行处理，其中的图像信息形成、算法处理(包含图像预处理、图像分割、图像识别)、矿石分离执行都在工业pc机上运行，如图1所示，由于矿石分选往往对产能有较大要求，传送带速度较高，这造成对pc机的实时处理能力要求较高，否则矿石分离系统达不到实时分离的效果，同时算法的复杂度及pc操作系统非实时性也会影响分离执行效果。目前使用高性能的pc机能够实现实时分离，但是成本太高；若使用低性能的pc机，虽然成本能够降低，但难以达到实时分离的效果。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种基于fpga加速的矿石分选装置及系统，以解决现有矿石分选装置成本较高的问题。
4.第一方面，提供了一种基于fpga加速的矿石分选装置，包括pc机和fpga加速卡，所述pc机与所述fpga加速卡连接；所述fpga加速卡用于执行图像信息形成、图像预处理、图像分割和分离执行过程，所述pc机用于执行图像识别过程。
5.矿石分选过程中图像信息形成、图像预处理、图像分割、图像识别和分离执行均为现有公知的处理过程，但是现有分选设备中，上述五个处理过程均由pc机执行，为了实现实时分选的效果，对pc机性能要求较高，导致成本较高。上述提供的一种基于fpga加速的矿石分选装置，通过增设一个fpga加速卡和pc机配合，由fpga加速卡执行图像信息形成、图像预处理、图像分割和分离执行过程，由pc机执行计算量最大的图像识别过程，从而减轻pc机实时处理负载，即减少pc机其他运行线程，提高pc机图像识别性能，实现实时分选；该方案降低了对pc机的性能要求，可有效降低成本，且不用担心计算超时导致无法实现实时分选。
6.第二方面，提供了一种基于fpga加速的矿石分选系统，包括矿石传输装置、图像采集装置、分离执行机构及如上所述的基于fpga加速的矿石分选装置；
7.图像采集装置设置于所述矿石传输装置上方，用于采集所述矿石传输装置上矿石的图像并发送至所述基于fpga加速的矿石分选装置；
8.所述基于fpga加速的矿石分选装置用于接收采集的矿石的图像并进行矿石识别，还用于生成分离指令并发送至分离执行机构；
9.所述分离执行机构用于接收分离指令进行矿石分离作业。
10.进一步地，所述矿石传输装置为皮带输送机。
11.进一步地，所述分离执行机构为机械手或喷气气嘴。
12.有益效果
13.本实用新型提出了一种基于fpga加速的矿石分选装置及系统，其通过增设fpga加速卡执行图像信息形成、图像预处理、图像分割和分离执行过程，而pc机只单独执行图像识别过程并将执行结果发送给fpga加速卡，该方案并不涉及图像处理过程中计算机程序的改进，仅是将现有的图像处理过程的步骤分拆由fpga加速卡和pc机两个硬件设备来实现，是属于结构的改进。且该方案具有以下优点：
14.(1)减少pc机其它运行线程，提高pc机图像识别性能，从而可以继续提升算法精度，而不用担心计算超时；该方案降低了对pc机的性能要求，可有效降低成本；
15.(2)利用fpga并行计算特性，可对图像预处理及图像分割进行并行加速处理，耗时比pc机处理时间大大减小；
16.(3)利用fpga硬件化特性，计算时间可精确到微秒级甚至是纳秒级，分离执行机构时间硬件化完全可预知，而pc机运行的非实时操作系统，计算时间不稳定，取决于当前cpu负载，而且pc机分离执行其时间也很难精确及稳定。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型实施例提供的现有的矿石分选设备中pc机处理方案流程图；
19.图2是本实用新型实施例提供的基于fpga加速的矿石分选装置结构示意图。
具体实施方式
20.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
21.实施例1
22.如图2所示，本实施例提供了一种基于fpga加速的矿石分选装置，包括pc机1和fpga加速卡2，所述pc机1与所述fpga加速卡2连接；所述fpga加速卡2用于执行图像信息形成、图像预处理、图像分割和分离执行过程，所述pc机1用于执行图像识别过程。
23.如图1所示，矿石分选过程中图像信息形成、图像预处理、图像分割、图像识别和分离执行均为现有公知的处理过程，但是现有分选设备中，上述五个处理过程均由pc机执行，为了实现实时分选的效果，对pc机性能要求较高，导致成本较高。上述提供的一种基于fpga加速的矿石分选装置，通过增设一个fpga加速卡2和pc机1配合，由fpga加速卡2执行图像信息形成、图像预处理、图像分割和分离执行过程，由pc机1执行计算量最大的图像识别过程，具体的，首先由fpga加速卡2执行图像信息形成、图像预处理、图像分割，然后将图像分割处理后的图像发送至pc机1，由pc机1执行图像识别并将执行结果再发送至fpga加速卡2，然后fpga加速卡2执行分离执行处理，从而减轻pc机1实时处理负载，即减少pc机1其他运行线
程，提高pc机1图像识别性能，实现实时分选；该方案降低了对pc机1的性能要求，可有效降低成本，且不用担心计算超时导致无法实现实时分选。
24.实施例2
25.本实施例提供了一种基于fpga加速的矿石分选系统，包括矿石传输装置、图像采集装置、分离执行机构及如上所述的基于fpga加速的矿石分选装置；
26.图像采集装置设置于所述矿石传输装置上方，用于采集所述矿石传输装置上矿石的图像并发送至所述基于fpga加速的矿石分选装置；
27.所述基于fpga加速的矿石分选装置用于接收采集的矿石的图像并进行矿石识别，还用于生成分离指令并发送至分离执行机构；
28.所述分离执行机构用于接收分离指令进行矿石分离作业。
29.具体实施时，所述矿石传输装置为皮带输送机；所述分离执行机构为机械手或喷气气嘴。图像采集装置根据实际情况，可为rgb图像采集装置、x射线图像采集装置等。
30.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
31.本实用新型提出了一种基于fpga加速的矿石分选装置及系统，其通过增设fpga加速卡执行图像信息形成、图像预处理、图像分割和分离执行过程，而pc机只单独执行图像识别过程并将执行结果发送给fpga加速卡，该方案并不涉及图像处理过程中计算机程序的改进，仅是将现有的图像处理过程的步骤分拆由fpga加速卡和pc机两个硬件设备来实现，是属于结构的改进。且该方案具有以下优点：
32.(1)减少pc机其它运行线程，提高pc机图像识别性能，从而可以继续提升算法精度，而不用担心计算超时；该方案降低了对pc机的性能要求，可有效降低成本；
33.(2)利用fpga并行计算特性，可对图像预处理及图像分割进行并行加速处理，耗时比pc机处理时间大大减小；
34.(3)利用fpga硬件化特性，计算时间可精确到微秒级甚至是纳秒级，分离执行机构时间硬件化完全可预知，而pc机运行的非实时操作系统，计算时间不稳定，取决于当前cpu负载，而且pc机分离执行其时间也很难精确及稳定。
35.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。