工業(yè)檢測應用中可擴展的微處理器視覺(jué)系統的評估框架

　　算法流程圖

　　上圖給出了檢測圖像缺陷的算法。原始圖像通過(guò)過(guò)濾去掉噪聲，并平滑由于傳送器上的角度問(wèn)題而造成的部分顏色和明亮度的變化。

　　圖像轉化為HLS模型，以便再通過(guò)兩個(gè)16位輸入8位輸出的查找表轉化成單色。HLS模型中，色度（H）和飽和度（S）由顏色決定，而明亮度（L）主要由能被光照到的物體表面的方位決定。這兩要素在8位單色像（圖表中為M）的結構中被編碼。這一步驟可以用于檢測顏色錯誤和總體方向錯誤，因而顯得比較重要。

　　在對圖像進(jìn)行去斑降噪之后，開(kāi)始對圖像進(jìn)行連接性的分析。分析結果用于從單色和彩色圖像中選擇區域，以獲得另外的特性。這一步一般會(huì )減少百分之七十的像素數量。

　　所選區域用單色進(jìn)行量測，彩色則用于發(fā)展每個(gè)區域的特性。獲得的特性是顏色，通過(guò)單色圖像、連接框、邊界圓、周長(cháng)、凸包和面積等要素修正。
這些特性作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )識別器的輸入。之所以選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )識別器是因為要處理的圖像區域相當復雜。統計型的識別器難以進(jìn)行計算，而且對噪聲敏感。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )使用100個(gè)輸入，在第一個(gè)隱藏層使用200個(gè)節點(diǎn)，第二層使用100個(gè)節點(diǎn)，輸出層（通過(guò)/未通過(guò)）使用一個(gè)節點(diǎn)。

　　選擇處理系統的下一步就是要使用下面所選的微處理器進(jìn)行評估算法：Analog Devices公司的21160Hammerhead，Intel®（P3-450）,Philips公司的半導體TM1300 TriMedia和德州儀器（TI）的C6701。每種處理器的編碼已經(jīng)優(yōu)化過(guò)，每種類(lèi)型單個(gè)處理器的執行時(shí)間也已測過(guò)。下表給出了每個(gè)處理器執行每一步算法的結果。

　　分析與結果

　　所有時(shí)間單位為毫秒

　　從上表中，我們可以發(fā)現每種處理器都有各自的優(yōu)點(diǎn)。若以總時(shí)間來(lái)論，則ＰⅢ-450無(wú)疑是最佳的。其中兩種處理器需要保持與照相機同步的圖像速度。所有情況下，系統需要另外一個(gè)處理器來(lái)提供操作系統支持，如磁盤(pán)驅動(dòng)和用戶(hù)界面。PⅢ的計算能力似乎不夠理想，但在限制于存儲器總線(xiàn)性能的應用中，它仍然是個(gè)相當出色的處理器。PⅢ的存儲器總線(xiàn)速度是其他處理器的兩倍，TM1300是個(gè)例外，PⅢ的存儲器總線(xiàn)速度只是它的1.4倍（800MB/s VS 572MB/s）。

　　Philips和TI的處理器擁有許多處理單元，這使得它們具有相當好的總體性能，盡管在時(shí)鐘速度上它們遠慢于Intel PⅢ-450。Philips的TM1300使用一個(gè)視覺(jué)端口對處理器進(jìn)行直接的讀取和顯示。Intel PⅢ-450、Analog Devices 21160和TI C6701則使用DMA控制器進(jìn)行讀取和顯示。

　　上圖給出了隨著(zhù)處理器的增加可達到的幀速率。從圖中可以看出，TM1300和PⅢ-450在此應用中性能相當，居于最前，TMS320C6701稍慢些，ADI21160則是最慢的。Philip TM1300、Analog Devices 21160和TI C6701都需要兩個(gè)處理器以保持圖像速率。但它們（在PC上的協(xié)處理器板上）的成本卻遠低于PⅢ-450。一個(gè)多處理器的PⅢ-450系統需要花費幾千美元（大約3000美元）——價(jià)格高于基本的單處理器PC. Philip TM1300、Analog Devices 21160和TI C6701的協(xié)處理器系統最低只需1500美元。

　　另外，隨著(zhù)額外的處理器的增加，PⅢ的效率開(kāi)始降低。多處理器PⅢ系統中使用的共享多處理器（SMP）總線(xiàn)因為處理器間的總線(xiàn)沖突從而降低了存儲器密集應用的性能。隨著(zhù)額外處理器的增加，沖突更加突出，效率也就更低了。裝有超過(guò)4個(gè)PⅢ處理器的系統并不多見(jiàn)。連接處理器到照相機需要有特定的硬件?；?1160和TMS320C6701的解決方案所要花的成本要高于基于TriMedia和PⅢ的解決方案所花的成本。

　　結論

　　以元件檢測應用為例，我們發(fā)現在存儲器帶寬發(fā)揮重要作用的應用場(chǎng)合，奔騰PⅢ-450無(wú)疑是個(gè)極為出色的處理器。然而，基于集群的體系結構卻產(chǎn)生了負面影響，因為存儲器總線(xiàn)飽和嚴重制約了將來(lái)的可擴展性（如PⅢ-450）。相反，基于本地存儲器體系解決方案的處理器卻能隨著(zhù)處理器的增加而線(xiàn)性地提高其處理量。

　　Intel PⅢ受其外圍邏輯（PC）的限制，在一些應用場(chǎng)合不能發(fā)揮其性能。盡管AGP總線(xiàn)的使用會(huì )改善這種情況，但其SMP設計最終將限制其擴展性。因此，在要求嚴格的視覺(jué)應用場(chǎng)合尤其是需要用于將來(lái)擴展的應用場(chǎng)合，最可行的辦法是保留一個(gè)更易擴展、有更高吞吐量的協(xié)處理器板，最終使得成本低于本地解決方案所花的成本。 (end)