一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高速图像处理技术领域，更具体地，涉及一种针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统。
【背景技术】
[0002]随着视觉技术的快速发展，高速视觉系统有快速捕获图像的能力，相较于传统视觉(一般为30fps)能获得更多人肉眼所不能看到的信息，因此得到了越来越多的应用与发展，工业、科学研宄、军事及日常生活中都可见其身影。
[0003]针对运动目标检测应用的双目视觉系统也得到发展，最初的双目视觉系统用两个相机获取图像，通过个人计算机(PC)内的图像采集卡采集图像数据，并用PC中的中央处理器(CPU)完成图像处理和显示的工作。随着待检测的运动目标速度越来越快，PC难以满足其速度，因此相关研宄人员用嵌入式的图像处理板卡代替了 PC做图像处理，不过仍然需要一个PC作为人机交互系统。然而，能够完全脱离PC工作的高速双目视觉系统还缺少相关的研宄。
【发明内容】
[0004]针对现有双目视觉系统存在的处理性能不强和不能脱离PC工作而导致体积过大等缺陷和不足，本发明提供一种高性能的并且能够脱离PC工作的嵌入式实时高速双目视觉系统。
[0005]本发明提出的嵌入式实时高速视觉系统，包括两个高速相机、双目支架、图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源。其中，图像采集处理板卡、嵌入式人机交互板卡、触摸显示屏和电源由机械外壳封装。所述两个高速相机用以对运动物体进行同时拍摄；所述双目支架用以支撑两个相机，并且可以调节相机的拍摄角度；所述的图像采集处理板卡用以完成图像处理算法，包括两个主芯片现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)，其中FPGA完成图像的并行算法，DSP完成图像的串行算法；所述的嵌入式人机交互板卡用以替代传统视觉系统的PC完成人机交互工作；所述触摸显示屏用以显示结果以及接收操作人员的操作指令。
[0006]其中，所述的两个高速相机是两个型号一致的相机，采用CMOS传感器，采用9mm焦距，光圈为1: 1.4的镜头，实现200fps，640x240像素的图像采集，通过Cameralink Base接口传输到图像处理板卡。
[0007]其中，所述的双目支架包括一个三脚架、一个横杆支架以及两个三维云台。其两个三维云台用以安装上面所述的两个高速相机，云台有三个维度的方向可调；横杆支架用于放置两个三维云台，可实现两个云台之间的距离可调；三脚架用以支撑如上所述包括横杆、云台和相机整体的重量，并可调节其支撑高度。
[0008]其中，所述的图像采集处理板卡包括两个主芯片FPGA和DSP、两个CameralinkBase接口、Serial Rapid1(SR1)接口、以太网接口以及两个存储单元(DDR31GB、Flash32MB)。其中Cameralink Base接口用以接收相机拍摄的图像，最高实现1.8Gbps传输速率；SR1接口用以实现FPGA和DSP的高速通信，最高能够实现20Gbps传输速率；以太网接口用以将最终图像的处理结果传输到嵌入式人机交互板卡，最高实现IGbps的传输速率；存储单元，DDR3用于暂存图像数据，Flash用于存储固化的程序；FPGA主芯片采用赛灵思(Xilinx)公司的6VLX240TFF1156(V6)型号，具有丰富的硬件资源，用于实现图像预处理算法如滤波、边缘检测等，因FPGA是现场可编程门阵列，相当于用硬件实现算法，而且用Verilog语言编写的各个硬件模块在执行时时相互独立的，因此具有很好的并行性，非常适用于完成图像的并行处理算法；但是单用FPGA实现算法，灵活性不够，所以采用FPGA+DSP的方式，其中DSP采用德州仪器(TI)公司TMS320C6678 (C6678)型号，该DSP拥有八个核，单核能达到1.25GHz的主频，采用C语言进行软件开发，能够快速方便的实现复杂的图像处理算法，如目标匹配、测量等；
[0009]其中，所述的嵌入式人机交互板卡是以英特尔公司(Intel)移动17芯片为主芯片的嵌入式板卡，包括千兆以太网接口、低电压差分信号(LVDS)接口、4个USB接口、8个通用输入/输出(GP1)接口及存储单元(内存、硬盘)。其千兆以太网接口用于与如上所述的图像采集处理板卡进行通信，通信速率最高达lGbps，主要用于接收图像处理结果及发送指令；其LVDS接口用以与触摸显示屏相连，实现显示的功能；其4个USB接口预留用于连接鼠标、键盘等外设；其8个GP1 口用于连接高速相机的触发口，用以触发相机采图；存储单元主要用于存储系统软件，应用软件以及图像数据，本嵌入式人机交互板卡，安装了 Window7系统；此板卡对来自图像处理板卡的图像处理结果，进行简单的处理(如根据图像处理结果拟合出运动目标的轨迹)和显示。
[0010]其中，所述的触摸显示屏是12寸的电阻触摸屏，实现人机交互以及显示功能。
[0011]其中，所述的电源由两块锂电池组成，容量分别为12V，11000mAh和12V，18000mAh，为包括相机、图像处理板卡、人机交互板卡和触摸屏在内的整个系统供电；整个系统的功耗在130W左右，此电源能够使整个系统工作约2.5个小时。
[0012]与现有技术相比，本发明具有的优点在于:
[0013]1、图像采集处理板卡采用双主芯片(FPGA+DSP)的结构，既兼顾了 FPGA硬件实现算法的快速性，也有DSP软件实现算法的灵活性，使本系统更具兼容性，能用在更多应用领域。
[0014]2、图像采集处理板卡采用高性能主芯片FPGA (V6)和DSP (C6678)，用FPGA实现并行图像处理算法，DSP实现串行图像处理算法，在同等算法的情况下，通过提高硬件的性能，从而降低图像算法的执行时间。
[0015]3、图像采集处理板卡，FPGA实现对两路相机的图像数据同时采集，并通过SR1实现高速传输至DSP的内存，DSP有8核，可对两路图像数据用2个DSP处理核同时进行图像处理，利用多核的并行性，从而提高了双目视觉的处理速度。
[0016]4、采用以Intel移动CPU为主芯片的嵌入式板卡替代PC，实现人机交互，降低高速视觉系统的体积，使系统能用在更加紧凑的环境下。
[0017]5、采用高容量的移动电源对系统进行供电，能使系统在户外工作约2.5个小时。
[0018]6、所用的双目支架，两个相机之间的间距可调，并且单个相机有三个维度的方向
可调整。【附图说明】
[0019]图1是本发明针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统的整体结构示意图；
[0020]图2是本发明的嵌入式实时高速双目视觉系统主要部件的详细功能框图；
[0021]图3是本发明的嵌入式实时高速双目视觉系统做运动目标检测时的工作流程。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
[0023]本发明实施例中，针对运动目标检测的嵌入式实时高速双目视觉系统，用于对运动目标进行检测，运动目标采用一个运动的小球作为代表。参见图1，该系统包括:运动的小球5、双目支架(包括三角架1、横杆2、云台3)、两个高速相机4、机械外壳6、图像采集处理板卡9、嵌入式人机交互板卡8、触摸显示屏7和电源10 ;其中图中虚线框内的所有部件都位于机械外壳内部，机械外壳的尺寸大小为320mm X 250mm X 89mm。系统主要部件的详细功能框图见图2。
[0024]具体的，上述部件的安装或连接方式为:如图1所示，横杆2通过固定装置固定在三脚架I中，尽量使横杆2中点位于三脚架的正上方，使其受力均匀；两个云台3分别安装在横杆2的两侧，其两者的间距可调，云台3自身也有三个维度的方向可以调整；两个高速相机4通过快装板固定在云台3上，至此完成双目支架的固定和相机的安装；随后，高速相机4通过机械外壳6与其内部的图像采集处理板卡9相连，其接口为Cameralink接口 12，同时从机械外壳6内的电池10引出两路电源通过接口 11连接到相机的电源接口 ；最后，机械外壳6内部部件的连接如下:图像采集处理板卡9与嵌入式人机交互板卡8通过千兆以太网接口相连，嵌入式人机交互板卡8与触摸显示屏7通过LVDS接口相连，电源10为以上的图像采集处理板卡9