通用智能相機(jī)的軟硬件平臺設(shè)計(jì)研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)制造的效率因?yàn)樯a(chǎn)流水線的出現(xiàn)有了飛躍性的提高，這也使得傳統(tǒng)的檢測方式面臨巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)殡S著生產(chǎn)速度越來越快，檢測速度也要相應(yīng)的提高。此時，智能相機(jī)作為一種新興的檢測手段應(yīng)運(yùn)而生，它所具有的潛力必然會使其成為未來機(jī)器視覺檢測的主流。但是智能相機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù)在國內(nèi)還處于發(fā)展和探索階段，和國外如 Cognex，Matrox，Basler的大公司相比，凌云，大恒，嘉恒中自等為數(shù)不多的國內(nèi)智能相機(jī)的研發(fā)商卻很少研發(fā)出自己的產(chǎn)品，更多的

2、是國外智能相機(jī)產(chǎn)品的代理推銷商，國外公司壟斷著智能相機(jī)產(chǎn)品市場。
　　本文在對智能相機(jī)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r做出詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了前期研究成果，并且對目前兩款做數(shù)字信號處理的應(yīng)用最多的芯片DSP和FPGA的特點(diǎn)進(jìn)行了充分研究，提出了以CMOS作為圖像傳感器，F(xiàn)PGA作為系統(tǒng)核心控制，DDR2 SDRAM作為高速大容量存儲，Camera Link作為接口的硬件平臺的智能相機(jī)方案?？紤]到機(jī)器視覺檢測中可能出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)了具有自適應(yīng)

3、性與魯棒性的相應(yīng)圖像處理算法，從而提高了智能相機(jī)系統(tǒng)的智能化程度。在智能相機(jī)設(shè)備的研究設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，搭建了機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)，設(shè)計(jì)方案檢測了軸承圓柱滾子表面缺陷，驗(yàn)證智能相機(jī)在機(jī)器視覺檢測上的可行性。
　　論文包括兩個部分，分別為硬件設(shè)計(jì)和算法實(shí)現(xiàn)：
　　第一部分給出具體的硬件方案和實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)分析并解決了實(shí)現(xiàn)硬件過程中的關(guān)鍵問題，設(shè)計(jì)了檢測產(chǎn)品質(zhì)量的智能相機(jī)的樣機(jī)，此結(jié)構(gòu)的智能相機(jī)通過稍微調(diào)整之后就能夠應(yīng)用到其他諸多領(lǐng)

4、域中。
　　智能相機(jī)的硬件主要采用以下的關(guān)鍵技術(shù)來實(shí)現(xiàn)：
　　1.數(shù)字圖像信號的采集和量化是通過CMOS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)的，以使采集的圖像信號免受外圍器件的影響，從而達(dá)到提高處理速度和精度的目的；為了控制和協(xié)調(diào)智能相機(jī)整個系統(tǒng)的工作，核心控制器件選擇了FPGA，硬件內(nèi)部的電路通過編程來實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA也為CMOS傳感器和內(nèi)存提供必要的時序脈沖和時序控制；DDR2存儲器實(shí)現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)流快速存儲的目的；為了使內(nèi)存數(shù)據(jù)能夠快速低噪聲的

5、傳輸，相機(jī)接口選擇使用了Camera Link。
　　2.流水作業(yè)的采用可以同時進(jìn)行圖像的采集和處理，以使得處理速度進(jìn)一步提高，同時可以為實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的算法提供硬件基礎(chǔ)。
　　3.可編程邏輯器件的應(yīng)用能夠使智能相機(jī)系統(tǒng)的靈活性得到提高。
　　第二部分闡述了實(shí)現(xiàn)軟件的方案，提出了圖像增強(qiáng)與平滑降噪、閾值分割、邊緣檢測、圖像特征的提取及匹配算法，并利用智能相機(jī)搭建的平臺進(jìn)行了檢測驗(yàn)證。
　　智能相機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要采用

6、以下的關(guān)鍵技術(shù)來實(shí)現(xiàn)：
　　1.采用了增加虛擬曝光量的方法增強(qiáng)圖像。
　　2.采用了中值濾波的方法去除所獲得的圖像數(shù)據(jù)中包含的噪聲。
　　3.采用迭代閾值法進(jìn)行圖像分割。
　　4.采用Canny算子對圖像進(jìn)行邊緣檢測。
　　5.提取出產(chǎn)品表面缺陷的特征信息，然后進(jìn)行匹配。
　　最后，利用所設(shè)計(jì)的算法在搭建的智能相機(jī)處理平臺上進(jìn)行軸承圓柱滾子表面缺陷檢測實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足實(shí)時性的要求，從而驗(yàn)證智能相機(jī)