基于ZYNQ的机器视觉应用

Tronlong小分队

什么是机器视觉
2 H) d  U! G8 O0 B; F9 s机器视觉是一项综合技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、I/O卡等)。一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。
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机器视觉在工业市场的应用
9 M* Y, `5 l  x; U( l用机器视觉技术取代人工，可以提供生产效率和产品质量，因此机器视觉技术广泛应用于工业检测（机械零部件的尺寸和位置测量）、机器人视觉、人脸识别、车牌识别、自动光学检查、无人驾驶汽车、追踪定位等领域。
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如何实现机器视觉
8 J# V1 S" t  F3 o, F工业机器视觉系统包括：光源、镜头（定焦镜头、变倍镜头、远心镜头、显微镜头）、相机（包括CCD相机和COMS相机）、图像处理单元（或图像采集卡）、图像处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等。
/ p' n, C" w/ R% l4 n' E/ v3 i其中图像处理单元，又可以称为图像采集卡，是完整的机器视觉系统的一个部件，但是它扮演一个非常重要的角色。图像采集卡直接决定了摄像头的接口（黑白、彩色、模拟、数字）、图像的处理、图像的输出形式等。

Tronlong推出的基于Xilinx Zynq-7000 SoC的TLZ7x-EasyEVM评估板能够很好的满足工业机器视觉的图像处理单元功能。
" I. g- m  X" V4 ]" J+ R8 uTLZ7x-EasyEVM评估板芯片选型XC7Z020，兼容XC7Z010，集成PS端单核/双核Cortex-A9 ARM + PL端Artix-7架构可编程逻辑资源，提供双目摄像头接口，可以灵活接入视频输出模块。


$ z' O8 e2 j% I: _0 L7 I, t5 X工业机器视觉-双目图像采集处理实例

• 实例功能
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使用Video In to AXI4-Stream IP核，将2路摄像头（640*480@70）数据采集进来，并通过vdma缓存到PS端DDR，然后通过OSD IP核将2路图像叠加到1080P60的视频中，最后通过VGA输出显示。

• 原理框图：
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• 实例说明：
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本实例采用BlockDesign设计方式。

• 摄像头视频采集
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视频的采集使用的是Video In to AXI4-Stream IP核，例程中将其配置为Mono/Sensor，1 pixels per clk，每个色彩数据位宽为8bits。例程使用2个IP核分别采集2路摄像头图像，具体配置如下图所示：

• 视频数据传输缓存
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使用VDMA(AXI Video Direct Memory Access) IP核，S2MM将视频流传送到DDR中，MM2S再从DDR中把图像数据传输出去。例程2个VDMA IP核，每个IP核使用4个frambuffer，stream的数据宽度为8bits，如下图：



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• 视频拼接控制
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使用OSD(Video On Screen Display)IP核技术配置。OSD配置为带有AXI4-Lite接口，通过配置寄存器来设置OSD的输出分辨率、叠加的图层数以及各个图层的分辨率和显示位置。本工程配置成1080P分辨率，2个640*480的图层，不带AXI4-Lite接口。如下图：


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• 视频显示输出（VGA）
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使用AXI-Stream to video out IP核显示视频，将其视频格式配置为RGB，1 pixels per clk，每个色彩数据位宽为8bits。IP核具体配置如下图：


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hope123

机器视觉是一项综合技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、I/O卡等)。一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。.