内嵌Xilinx FPGA,由VisualApllet编程实现颠覆性嵌入式机器视觉系统

作者:清风流云

背景:
早在2014年,All Programmable技术和器件的全球领先的Xilinx公司联手生态合作伙伴德国Silicon Software公司推出了Silicon Software公司的VisualApplet软件平台。这套软件平台针对Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC实现了一个图像化FPGA设计和编程的环境。之后此平台几乎颠覆了传统的嵌入式机器视觉系统,为那些从事和寻找先进的、高性能机器视觉解决方案的嵌入式系统架构师、软件工程师、硬件工程师带来前所未有的嵌入式设计体验。

Visual Applet是一个图形化的开发工具,它可以通过简单的拖拽,将复杂的FPGA编程简单化,Silicon Software公司提供了一系列图像预处理Applet,通过组合这些Applet,用户就可以定制自己的图像预处理功能。此外这些Applet将被加载到MicroEnable系列图像采集卡运行的时候完全不占用系统CPU资源,是图像预处理软件硬件化的平台。而且所有的功能模块都以硬件算子的方式提供,这就保证了实时处理的要求。所以图形处理的复杂度仅仅局限于所使用的FPGA的资源。

在用Visaul Applet做图像处理算法开发的时候,不需要考虑在FPGA设计中常考虑的同步、时序以及其它优化等问题。FPGA的综合和高级仿真可以在半个小时内完成,极大地简化了实时图像处理设计的难度。

LX VisualApplet工业摄像机:
Baumer的最新智能设备LX VisualApplet工业摄像机,由于其独特的图像解决方案,在进行图像与视频传输时,可以达到20M像数点的高帧率传输。这主要得益于这款摄像机不仅利用FPGA进行充分加速,同时在基于硅软件的VisualApplets图表编程环境对应用程序进行编程时,做到了实时地根据不同的应用程序的特殊用途进行不同的图像预处理, 而此预处理过程不仅提高了图像系统生产量,当上传到主机的数据量减少(丢失)时,还可以实时地作出响应。

图Baumer intelligent LX VisualApplets industrial camera

图Baumer intelligent LX VisualApplets industrial camera

令人好奇的是,这款摄像头是如何做到预处理图像的?原来,当Baumer 的LX VisualApplet摄像机在执行预处理时,就会用到摄像机内部的Xilinx Spartan-6 LX150 FPGA和256MB的DDR3 SDRAM这两个部分,也正是这两部分的支持才实现了图像的预处理。此外这款摄像头在还支持GigE Vision接口标准(100m内电缆)[GigE VisionGigE Vision Standard是2006年公布的一套高性能工业摄像头接口标准 ] ,巧合地是,在2016年最近的视觉系统设计创新奖中,这类新型的工业摄像头获得了白金奖。

Baumer的LX VisualApplets工业摄像头产品系统中,由于不同的传感器解决方案,传输速率从2Mbyte像素点到200MByte像数分为七种模式,当然,这款摄像头都是采用CMOSIS图像传感器实现的。下表列出了这款摄像头系列从2D到3D的七种模式:

摄像头系列从2D到3D的七种模式

总结:
现在,尖端工业自动化和机器人技术等领域中都用到了大量的智能工业摄像头,同时还要求更加灵活、更具可扩展的解决方案,这就需要将实时视频处理功能从本地主机或服务器转移到摄像头端,Xilinx Spartan-6 LX150 FPGA采用45nm技术构建,可以方便地嵌入的在摄像头中,并提供视频分析功能,同时还支持图像/视频处理和传感器功能等。

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