一種針對運動目標(biāo)檢測的嵌入式實時高速雙目視覺系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高速圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種針對運動目標(biāo)檢測的嵌入式實時高速雙目視覺系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著視覺技術(shù)的快速發(fā)展，高速視覺系統(tǒng)有快速捕獲圖像的能力，相較于傳統(tǒng)視覺(一般為30fps)能獲得更多人肉眼所不能看到的信息，因此得到了越來越多的應(yīng)用與發(fā)展，工業(yè)、科學(xué)研宄、軍事及日常生活中都可見其身影。
[0003]針對運動目標(biāo)檢測應(yīng)用的雙目視覺系統(tǒng)也得到發(fā)展，最初的雙目視覺系統(tǒng)用兩個相機獲取圖像，通過個人計算機(PC)內(nèi)的圖像采集卡采集圖像數(shù)據(jù)，并用PC中的中央處理器(CPU)完成圖像處理和顯示的工作。隨著待檢測的運動目標(biāo)速度越來越快，PC難以滿足其速度，因此相關(guān)研宄人員用嵌入式的圖像處理板卡代替了 PC做圖像處理，不過仍然需要一個PC作為人機交互系統(tǒng)。然而，能夠完全脫離PC工作的高速雙目視覺系統(tǒng)還缺少相關(guān)的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有雙目視覺系統(tǒng)存在的處理性能不強和不能脫離PC工作而導(dǎo)致體積過大等缺陷和不足，本發(fā)明提供一種高性能的并且能夠脫離PC工作的嵌入式實時高速雙目視覺系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明提出的嵌入式實時高速視覺系統(tǒng)，包括兩個高速相機、雙目支架、圖像采集處理板卡、嵌入式人機交互板卡、觸摸顯示屏和電源。其中，圖像采集處理板卡、嵌入式人機交互板卡、觸摸顯示屏和電源由機械外殼封裝。所述兩個高速相機用以對運動物體進(jìn)行同時拍攝；所述雙目支架用以支撐兩個相機，并且可以調(diào)節(jié)相機的拍攝角度；所述的圖像采集處理板卡用以完成圖像處理算法，包括兩個主芯片現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和數(shù)字信號處理器(DSP)，其中FPGA完成圖像的并行算法，DSP完成圖像的串行算法；所述的嵌入式人機交互板卡用以替代傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)的PC完成人機交互工作；所述觸摸顯示屏用以顯示結(jié)果以及接收操作人員的操作指令。
[0006]其中，所述的兩個高速相機是兩個型號一致的相機，采用CMOS傳感器，采用9mm焦距，光圈為1: 1.4的鏡頭，實現(xiàn)200fps，640x240像素的圖像采集，通過Cameralink Base接口傳輸?shù)綀D像處理板卡。
[0007]其中，所述的雙目支架包括一個三腳架、一個橫桿支架以及兩個三維云臺。其兩個三維云臺用以安裝上面所述的兩個高速相機，云臺有三個維度的方向可調(diào)；橫桿支架用于放置兩個三維云臺，可實現(xiàn)兩個云臺之間的距離可調(diào)；三腳架用以支撐如上所述包括橫桿、云臺和相機整體的重量，并可調(diào)節(jié)其支撐高度。
[0008]其中，所述的圖像采集處理板卡包括兩個主芯片F(xiàn)PGA和DSP、兩個CameralinkBase接口、Serial Rapid1(SR1)接口、以太網(wǎng)接口以及兩個存儲單元(DDR31GB、Flash32MB)。其中Cameralink Base接口用以接收相機拍攝的圖像，最高實現(xiàn)1.8Gbps傳輸速率；SR1接口用以實現(xiàn)FPGA和DSP的高速通信，最高能夠?qū)崿F(xiàn)20Gbps傳輸速率；以太網(wǎng)接口用以將最終圖像的處理結(jié)果傳輸?shù)角度胧饺藱C交互板卡，最高實現(xiàn)IGbps的傳輸速率；存儲單元，DDR3用于暫存圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)lash用于存儲固化的程序；FPGA主芯片采用賽靈思(Xilinx)公司的6VLX240TFF1156(V6)型號，具有豐富的硬件資源，用于實現(xiàn)圖像預(yù)處理算法如濾波、邊緣檢測等，因FPGA是現(xiàn)場可編程門陣列，相當(dāng)于用硬件實現(xiàn)算法，而且用Verilog語言編寫的各個硬件模塊在執(zhí)行時時相互獨立的，因此具有很好的并行性，非常適用于完成圖像的并行處理算法；但是單用FPGA實現(xiàn)算法，靈活性不夠，所以采用FPGA+DSP的方式，其中DSP采用德州儀器(TI)公司TMS320C6678 (C6678)型號，該DSP擁有八個核，單核能達(dá)到1.25GHz的主頻，采用C語言進(jìn)行軟件開發(fā)，能夠快速方便的實現(xiàn)復(fù)雜的圖像處理算法，如目標(biāo)匹配、測量等；
[0009]其中，所述的嵌入式人機交互板卡是以英特爾公司(Intel)移動17芯片為主芯片的嵌入式板卡，包括千兆以太網(wǎng)接口、低電壓差分信號(LVDS)接口、4個USB接口、8個通用輸入/輸出(GP1)接口及存儲單元(內(nèi)存、硬盤)。其千兆以太網(wǎng)接口用于與如上所述的圖像采集處理板卡進(jìn)行通信，通信速率最高達(dá)lGbps，主要用于接收圖像處理結(jié)果及發(fā)送指令；其LVDS接口用以與觸摸顯示屏相連，實現(xiàn)顯示的功能；其4個USB接口預(yù)留用于連接鼠標(biāo)、鍵盤等外設(shè)；其8個GP1 口用于連接高速相機的觸發(fā)口，用以觸發(fā)相機采圖；存儲單元主要用于存儲系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件以及圖像數(shù)據(jù)，本嵌入式人機交互板卡，安裝了 Window7系統(tǒng)；此板卡對來自圖像處理板卡的圖像處理結(jié)果，進(jìn)行簡單的處理(如根據(jù)圖像處理結(jié)果擬合出運動目標(biāo)的軌跡)和顯示。
[0010]其中，所述的觸摸顯示屏是12寸的電阻觸摸屏，實現(xiàn)人機交互以及顯示功能。
[0011]其中，所述的電源由兩塊鋰電池組成，容量分別為12V，11000mAh和12V，18000mAh，為包括相機、圖像處理板卡、人機交互板卡和觸摸屏在內(nèi)的整個系統(tǒng)供電；整個系統(tǒng)的功耗在130W左右，此電源能夠使整個系統(tǒng)工作約2.5個小時。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點在于:
[0013]1、圖像采集處理板卡采用雙主芯片(FPGA+DSP)的結(jié)構(gòu)，既兼顧了 FPGA硬件實現(xiàn)算法的快速性，也有DSP軟件實現(xiàn)算法的靈活性，使本系統(tǒng)更具兼容性，能用在更多應(yīng)用領(lǐng)域。
[0014]2、圖像采集處理板卡采用高性能主芯片F(xiàn)PGA (V6)和DSP (C6678)，用FPGA實現(xiàn)并行圖像處理算法，DSP實現(xiàn)串行圖像處理算法，在同等算法的情況下，通過提高硬件的性能，從而降低圖像算法的執(zhí)行時間。
[0015]3、圖像采集處理板卡，F(xiàn)PGA實現(xiàn)對兩路相機的圖像數(shù)據(jù)同時采集，并通過SR1實現(xiàn)高速傳輸至DSP的內(nèi)存，DSP有8核，可對兩路圖像數(shù)據(jù)用2個DSP處理核同時進(jìn)行圖像處理，利用多核的并行性，從而提高了雙目視覺的處理速度。
[0016]4、采用以Intel移動CPU為主芯片的嵌入式板卡替代PC，實現(xiàn)人機交互，降低高速視覺系統(tǒng)的體積，使系統(tǒng)能用在更加緊湊的環(huán)境下。
[0017]5、采用高容量的移動電源對系統(tǒng)進(jìn)行供電，能使系統(tǒng)在戶外工作約2.5個小時。
[0018]6、所用的雙目支架，兩個相機之間的間距可調(diào)，并且單個相機有三個維度的方向
可調(diào)整。【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明針對運動目標(biāo)檢測的嵌入式實時高速雙目視覺系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的嵌入式實時高速雙目視覺系統(tǒng)主要部件的詳細(xì)功能框圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的嵌入式實時高速雙目視覺系統(tǒng)做運動目標(biāo)檢測時的工作流程。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明實施例中，針對運動目標(biāo)檢測的嵌入式實時高速雙目視覺系統(tǒng)，用于對運動目標(biāo)進(jìn)行檢測，運動目標(biāo)采用一個運動的小球作為代表。參見圖1，該系統(tǒng)包括:運動的小球5、雙目支架(包括三角架1、橫桿2、云臺3)、兩個高速相機4、機械外殼6、圖像采集處理板卡9、嵌入式人機交互板卡8、觸摸顯示屏7和電源10 ;其中圖中虛線框內(nèi)的所有部件都位于機械外殼內(nèi)部，機械外殼的尺寸大小為320mm X 250mm X 89mm。系統(tǒng)主要部件的詳細(xì)功能框圖見圖2。
[0024]具體的，上述部件的安裝或連接方式為:如圖1所示，橫桿2通過固定裝置固定在三腳架I中，盡量使橫桿2中點位于三腳架的正上方，使其受力均勻；兩個云臺3分別安裝在橫桿2的兩側(cè)，其兩者的間距可調(diào)，云臺3自身也有三個維度的方向可以調(diào)整；兩個高速相機4通過快裝板固定在云臺3上，至此完成雙目支架的固定和相機的安裝；隨后，高速相機4通過機械外殼6與其內(nèi)部的圖像采集處理板卡9相連，其接口為Cameralink接口 12，同時從機械外殼6內(nèi)的電池10引出兩路電源通過接口 11連接到相機的電源接口 ；最后，機械外殼6內(nèi)部部件的連接如下:圖像采集處理板卡9與嵌入式人機交互板卡8通過千兆以太網(wǎng)接口相連，嵌入式人機交互板卡8與觸摸顯示屏7通過LVDS接口相連，電源10為以上的圖像采集處理板卡9