基于ZYNQ的高速圖像采集處理平臺(tái)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證.pdf

1、以“制造業(yè)的智能化”為宗旨的工業(yè)4.0時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。工業(yè)4.0的核心是以智能識(shí)別、智能檢測(cè)、智能互聯(lián)以及智能控制等為基礎(chǔ)的高能效的智能工廠。包含巨大信息量的圖像視覺(jué)技術(shù)將為智能識(shí)別檢測(cè)處理提供有力的支持。
　　圖像視覺(jué)技術(shù)的核心是高速圖像采集處理，其傳統(tǒng)工作方式是采用“后端智能化”的工作方式，即前端用攝像頭采集圖像，通過(guò)視頻采集卡傳輸至后端工業(yè)電腦，進(jìn)行圖像分 析及處理。本文基于“智能移向前端”的新趨勢(shì)提出采用ZYNQSOPC搭建

2、分布式的高速圖像采集處理平臺(tái)，充分利用它集成了處理器的軟件可編程性和FPGA的硬件可編程性所帶來(lái)的強(qiáng)大系統(tǒng)性能，把越來(lái)越多的圖像采集、處理和實(shí)時(shí)分析做到攝像頭端，滿足日益增長(zhǎng)的實(shí)時(shí)性和分布式要求。
　　針對(duì)所提出平臺(tái)，本文規(guī)劃驗(yàn)證原型，并自主完成板卡設(shè)計(jì)及運(yùn)行其上的邏輯程序和軟件程序開(kāi)發(fā)。板卡設(shè)計(jì)部分，本文以ZYNQ SOPC為核心完成相應(yīng)原理圖設(shè)計(jì)，然后基于Cadence的Sigrity工具對(duì)板卡關(guān)鍵信號(hào)鏈路的信號(hào)完整性進(jìn)行仿真

3、分析和對(duì)板卡的核心模塊的電源完整性進(jìn)行分析驗(yàn)證，依據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)相應(yīng)約束，然后在約束驅(qū)動(dòng)下完成版圖設(shè)計(jì)。系統(tǒng)邏輯程序開(kāi)發(fā)及軟件程序開(kāi)發(fā)部分，基于SerDes，AXI協(xié)議等相關(guān)技術(shù)研究及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求，設(shè)計(jì)高速圖像傳感器接口，高速圖像數(shù)據(jù)傳輸通道，高速圖像實(shí)時(shí)顯示接口等IP，采用Xilinx公司的Vivado Design Suite開(kāi)發(fā)套件完成這些IP的仿真，并進(jìn)一步建立基于AXI4的互聯(lián)系統(tǒng)。然后，采用Xilinx公司的SDK開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程

4、序及應(yīng)用軟件，完成軟硬件系統(tǒng)整體搭建。
　　最后，在系統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)試中，被測(cè)物體清晰無(wú)抖動(dòng)顯示在屏幕上，驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性;在測(cè)試儀表表針轉(zhuǎn)速的應(yīng)用試驗(yàn)中，當(dāng)以每秒800幀的速度采集分辨率為320×240的圖片時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)圖像錯(cuò)亂和丟失，并準(zhǔn)確得出儀表轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步驗(yàn)證圖像采集處理分析的正確性。結(jié)合相應(yīng)的運(yùn)行于ARM或者FPGA的圖像處理模塊及其他控制相關(guān)模塊，本平臺(tái)不僅能實(shí)現(xiàn)圖像采集處理，還能實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制，從而更好的服務(wù)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。