基于DSP的嵌入式智能相機的研究

摘要：智能相機是一種小型的視覺(jué)檢測系統，主要運用于工況監視，產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量監控等領(lǐng)域，能夠提高生產(chǎn)制造的柔性和自動(dòng)化程度。與傳統的PC式視覺(jué)系統相比，它具有易學(xué)、易用、易維護、易安裝等特點(diǎn)。在此主要是提出了一種嵌入式智能相機的設計方案，它是以ADSP-BF537為系統控制核心，以CMOS傳感器為圖像采集裝置，結合Oscar軟件框架和OpenCV進(jìn)行軟件設計。最后通過(guò)一個(gè)檢測條形碼的應用來(lái)說(shuō)明研究出來(lái)的智能相機的可行性，并且通過(guò)實(shí)驗數據來(lái)說(shuō)明智能相機運行速度和工作效率。
關(guān)健詞：智能相機；ADSP-BF537；Oscar；OpenCV

0 引言
目前，國內智能相機的開(kāi)發(fā)還是處于起步階段，但是它卻在現實(shí)中擁有廣泛的應用。典型的機器視覺(jué)系統是一般由光源、CCD或CMOS相機、圖像采集卡、圖像處理軟件及一臺PC機構成。其中，圖像的采集功能由CCD／CMOS相機及圖像采集卡完成；圖像的處理則是在圖像采集／處理卡的支持下，由軟件在PC機上完成。由于基于PC機的機器視覺(jué)體積龐大、結構復雜，其應用系統的開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、成本高，因此智能相機就應運而生。本文提出了一種基于ADSP-BF537嵌入式智能相機的設計方案，使它能夠達到機器視覺(jué)檢測低成本，高速率，高精度，易操作，小體積的目的。

1 硬件平臺設計
嵌入式智能相機是一個(gè)微小的視覺(jué)檢測系統，包含圖像采集裝置、圖像處理算法、圖像處理軟件和通信控制裝置。圖像采集裝置主要是獲取圖像數據，使用的是CCD／CMOS傳感器。圖像處理主要是在DSP中進(jìn)行，是對圖像進(jìn)行預處理，識別、檢測圖像特征，分割圖像特征，提取圖像特征，最后得到圖像處理結果。這主要是在數字信號處理器(DSP)中完成。圖像通信裝置主要是對圖像處理過(guò)程進(jìn)行控制，并且實(shí)現圖像處理結果輸出。圖1為所設計智能相機的結構框圖。

在本設計中，相機采用了ADI公司的ADSP-BF537作為控制核心。ADSP-BF537是具有較高性能的系列成員，擁有容量更大的嵌入式存儲器，從而可滿(mǎn)足諸如視頻安全／監控和基于工業(yè)環(huán)境的分布式控制／工廠(chǎng)自動(dòng)化應用等嵌入式應用的較高吞吐量需求。ADSP-BF537提供了卓越的性能，并專(zhuān)為諸如遠程監視設備、VoIP、銷(xiāo)售點(diǎn)終端以及生物特征識別／安全應用等低成本連接設備而設計。作為整個(gè)系統的核心，ADSP-BF537具有接口豐富，性能優(yōu)良，價(jià)格便宜的特點(diǎn)，并具有強大的多媒體數據處理能力。
在圖像采集模塊中，相機使用了CMOS圖像傳感器。與CCD圖像傳感器的高成本相比，CMOS圖像觸感器具有低功耗，低成本的優(yōu)勢。隨著(zhù)CMOS傳感器制造工藝的發(fā)展，其性能將會(huì )越來(lái)越接近CCD傳感器。相機通過(guò)CMOS圖像傳感器采集圖像數據，并且在DSP通過(guò)I2C的控制下，把數據傳入DSP。
在通信控制模塊中，相機通過(guò)以太網(wǎng)、串口RS 232，I／O端口與外部進(jìn)行連接，從而實(shí)現相機的數據輸出與控制。以太網(wǎng)用以實(shí)現上位機與相機的通信與控制，而I／O端口用來(lái)外部觸發(fā)控制相機或者實(shí)現相機向外部輸出控制信號。串口RS 232主要是用來(lái)不通過(guò)仿真器來(lái)燒寫(xiě)U_Boot引導程序和uClinux鏡像文件。

2 軟件設計
相機的軟件程序設計使用了一個(gè)Oscar(Open source camera)框架平臺和OpenCV視覺(jué)庫，從而使軟件設計更加的簡(jiǎn)單、方便、快捷，圖2為Oscar框架與OpenCV的關(guān)系圖。Oscar為軟件的設計提供了簡(jiǎn)易的應用方法模塊，并且隱藏了硬件接口的復雜性，從而使軟件設計者不需要關(guān)心底層硬件程序的設計。而OpenCV構建了一個(gè)簡(jiǎn)單易用的計算機視覺(jué)框架，幫助并發(fā)人員更便捷地設計更復雜的計算機視覺(jué)相關(guān)的應用程序。