[实用新型]用于机器视觉的嵌入式图像处理装置

说明书

技术领域

本实用新型属于图像处理技术领域，特别涉及到嵌入式图像处理技术。

背景技术

在机器视觉领域，传统的图像处理方法包括两种：基于PC的处理技术和基于嵌入式系统的处理技术。

前者利用PC的CPU计算能力作为图像计算的硬件结构，PC条件下的软件开发方便、快速，算法灵活，缺点是系统庞大，系统稳定性比专用的嵌入式系统低。

后者是利用嵌入式处理器或者图像处理专用集成电路ASIC的处理能力，来进行图像计算，其特点是针对性强、功耗低、稳定性好，处理能力可从低端覆盖到高端。但是嵌入式处理器开发复杂、周期长，非ASIC电路处理能力弱，单纯DSP的处理速度甚至普遍不及目前的PC中的桌面处理器，性能高的专用ASIC电路成本昂贵。

随着半导体技术的发展，FPGA作为一种嵌入式处理技术，其处理能力有了长足的发展，其理论处理能力可以与ASIC相比美，售价却远远低于后者，目前一个典型的FPGA芯片，其全部硬件资源的处理能力可达到400G MACs，而相比之下当今主流的PC架构双核CPU只有8G MACs的处理速度，二者相差50倍。FPGA的处理能力虽说有了长足的进步，但是对于机器视觉中的图像处理而言，挑战依然存在，原因在于图像本身的数据量过于庞大，而一般的FPGA内部内存资源甚至还没法放下完整的一张长、宽皆为2000x2000像素，24位真彩的图像。

由于一般图像处理算法的后一个算法步骤需要前一个算法步骤的输出作为输入，但是FPGA内部图像只能放下一张，所以在某一个时刻只能有一个算法步骤在对图像进行处理和运算，这就违背了FPGA并行计算的天性，没法发挥FPGA的处理能力。幸运的是内存技术的发展使得大容量、高带宽的片外内存成为可能，以标准的128bit DDR2内存为例，在200MHz IO速率下，其吞吐量可以达到6.4G字节每秒，相当于266帧/S的2000x2000x24bit的图像，这个吞吐量远远超多目前各种相机的输出速度，若配合FPGA内部的内存资源，足以满足绝大多数图像处理的应用需求。

此外，在机器视觉领域，由于图像处理算法的发展，典型的机器视觉图像方案中，图像的处理方法已经形成标准的步骤，如图像增强、模板匹配、测量、瑕疵检测等等。其中每一种功能都有许多具体的实现算法，理论上每个步骤之间只需要通过图像数据进行交互，同一个图像被前面一个算法步骤处理后，紧接着就被送往下一个处理步骤，算法步骤之间几乎没有太多的牵连，可以并行执行，但是必须针对不同的图像，这种特性恰恰是FPGA所擅长的，但是如前所述，FPGA内部没法提供足够的内存资源同时处理几副图像数据。

在这样的背景下，本实用新型提供了一种可结合FPGA高速并行处理的特性和DDR2内存吞吐量大的特性的图像处理的方法和装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于机器视觉的嵌入式图像处理的方法及装置，用以提供一种具有处理机器视觉图像功能的嵌入式电子设备装置。

一种用于机器视觉的嵌入式图像处理装置，它是这样实现的，该装置包括有如下的组成部分：

DSP处理器，它是用以控制下述的FPGA和存储器之间协调处理的运算处理器；

FPGA，它由用以实现各自作用的功能模块组成，该功能模块包括有图像采集模块、图像输出模块和桥路模块；

存储器，它包括有与FPGA中每个功能模块相对应的内存块，可通过DSP处理器的调度向FPGA提供预存的图像以及存储经FPGA处理过的图像。

进一步，在DSP中设置有图像后处理模块。

而在FPGA中，还可以设置有图像预处理功能模块。

本实用新型的优点在于：

本实用新型所述的用于机器视觉的嵌入式图像处理的方法及装置，在机器视觉领域图像处理方面，克服了利用PC处理图像时的系统庞大，系统稳定性比专用的嵌入式系统低的缺点。

该装置的出现非常充分的显示了，利用嵌入式处理器或者图像处理专用集成电路ASIC的处理能力，来进行图像计算时针对性强、功耗低、稳定性好，处理能力可从低端覆盖到高端的种种优点。

该装置的存储器内存容量大，速度快，可以同时存储多幅图像，并随时由FPGA中的功能模块调用。更重要的是本设计方法中各种功能块的接口统一，相互之间没有必然的关联，替换一个步骤并不会影响前后的处理步骤的效果，这样可以使功能升级方便简单，如若设计更改，直接增加或者减少功能模块，原有设计结构保持不变，从而减少了工作量，加块新产品推广速度。

附图说明