基于ZYNQ的機(jī)器視覺應(yīng)用

peng85246 · 發(fā)表于 2020-3-13 10:24:22

什么是機(jī)器視覺
機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)(圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、I/O卡等)。一個(gè)典型的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。
機(jī)器視覺在工業(yè)市場(chǎng)的應(yīng)用
用機(jī)器視覺技術(shù)取代人工，可以提供生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，因此機(jī)器視覺技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)（機(jī)械零部件的尺寸和位置測(cè)量）、機(jī)器人視覺、人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、自動(dòng)光學(xué)檢查、無人駕駛汽車、追蹤定位等領(lǐng)域。

如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺
工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭（定焦鏡頭、變倍鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、顯微鏡頭）、相機(jī)（包括CCD相機(jī)和COMS相機(jī)）、圖像處理單元（或圖像采集卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊/輸入輸出單元等。

其中圖像處理單元，又可以稱為圖像采集卡，是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口（黑白、彩色、模擬、數(shù)字）、圖像的處理、圖像的輸出形式等。

Tronlong推出的基于Xilinx Zynq-7000 SoC的TLZ7x-EasyEVM評(píng)估板能夠很好的滿足工業(yè)機(jī)器視覺的圖像處理單元功能。

TLZ7x-EasyEVM評(píng)估板芯片選型XC7Z020，兼容XC7Z010，集成PS端單核/雙核Cortex-A9 ARM + PL端Artix-7架構(gòu)可編程邏輯資源，提供雙目攝像頭接口，可以靈活接入視頻輸出模塊。

工業(yè)機(jī)器視覺-雙目圖像采集處理實(shí)例

實(shí)例功能

使用Video In to AXI4-Stream IP核，將2路攝像頭（640*480@70）數(shù)據(jù)采集進(jìn)來，并通過vdma緩存到PS端DDR，然后通過OSD IP核將2路圖像疊加到1080P60的視頻中，最后通過VGA輸出顯示。

原理框圖：

實(shí)例說明：

本實(shí)例采用BlockDesign設(shè)計(jì)方式。

攝像頭視頻采集

視頻的采集使用的是Video In to AXI4-Stream IP核，例程中將其配置為Mono/Sensor，1 pixels per clk，每個(gè)色彩數(shù)據(jù)位寬為8bits。例程使用2個(gè)IP核分別采集2路攝像頭圖像，具體配置如下圖所示：

視頻數(shù)據(jù)傳輸緩存

使用VDMA(AXI Video Direct Memory Access) IP核，S2MM將視頻流傳送到DDR中，MM2S再從DDR中把圖像數(shù)據(jù)傳輸出去。例程2個(gè)VDMA IP核，每個(gè)IP核使用4個(gè)frambuffer，stream的數(shù)據(jù)寬度為8bits，如下圖：

視頻拼接控制

使用OSD(Video On Screen Display)IP核技術(shù)配置。OSD配置為帶有AXI4-Lite接口，通過配置寄存器來設(shè)置OSD的輸出分辨率、疊加的圖層數(shù)以及各個(gè)圖層的分辨率和顯示位置。本工程配置成1080P分辨率，2個(gè)640*480的圖層，不帶AXI4-Lite接口。如下圖：