摘要
    工业相机是机器视党系统的核心部件。随着社会进步，工业应用对相机图像的清晰度、性能要求越来越高，随之而来的是功耗和成本不断增加。后PC时代嵌入式技术在机器视觉领域应用越来越广泛，可脱离PC机使用的嵌入式智能工业相机逐渐涌现，其广泛的应用前景和市场需求使得它成为机器视觉研究的热点。

    本文分析了嵌入式工业相机的系统框架，对几种主流的嵌入式解决方案进行对比，对相机的图像传感器、高清显示接口、图像数据存储方案做了选择。最终本文选择FPGA和TiDM365这两个平台作为工业相机的图像采集处理核心，两款MICRON的CMOS作为图像传感器。在方案分析基础上本文完整的实现了两套方案的嵌入式高清工业相机的软硬件系统设计。

     对于FPGA方案的嵌入式工业相机设计，主要工作有：1）硬件上采用高性价比的Cyclonell系列的FPGA芯片作为相机图像采集处理的核心，完成了FPGA核心工作电路、外部存储电路、CMOS及其外围电路、DVI高清显示电路以及系统电源的设计，完成了核心板和底板的PCB设计工作；2）软件上采用SOPC技术，设计了用于高清图像采集显示的软核片上系统，设计了基于Avalon总线的图像采集和显示控制接口的IP核；3）利用VerilogHDL和Quartus IⅡ宏功能模块完成了CFA插值、色彩空间转换、Sobel并行处理这三种图像硬实时预处理算法的设计，展现了FPGA并行流水线处理的特性。经过软硬件的调试，该系统可以完成了分辨率为1280×1024的高清晰图像的实时采集存储与显示。

    DM365方案的嵌入式工业相机设计主要工作包括：1）整体硬件平台的结构设计，核心处理电路、视频输入输出各电路的原理分析和设计，高速PCB板设计；2）嵌入式Linux软件开发流程分析，DaVinci嵌入式开发环境的搭建，bootloader与内核的移植；3）Linux下V4L2视频采集框架与流程分析，基于Ti DM365SDK的视频采集处理应用程序设计。经过调试，本系统实现了本地VGA高清视频输出、H264720p30fps高清编码以及RTSP流媒体视频传输。

   1.1课题研究背景
    随着科学技术的发展，在现代工业自动化生产中，会涉及到各种样品检验、工况监控以及零件识别等任务。由于疲劳等因素，通常人眼无法长期稳定的完成这些带有高度重复性和智能型的工作。因此，人们开始利用图像传感器采集样品图像，根据所采集的图像的灰度、颜色等信息，通过计算机或者专用的图像采集处理系统来提取特征，完成尺寸、形状、颜色等的判别，这样将光电技术和计算机技术相结合，形成了机器视觉的概念]。

    机器视觉从起步发展到现在，有着近20年的发展历史。随着各行业对检测与自动化要求的逐渐提高，机器视觉的应用已经由最初的半导体、生物等行业，逐步扩散到汽车、通信、医疗器械、军事等行业。采用机器视觉系统的不仅可以代替人眼承担高强度的监视与检测任务，提高生产效率，并且分离了测量与被测量者，很大程度上确保了二者的安全，一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人眼观察；另外对于直接人眼观测不到的领域，如红外紫外波段、又射线、微波等，机器视觉可利用特殊的传感器进行观测；

    工业相机是机器视觉系统的核心部件，通常作为机器视觉系统的前端，承担着图像采集和传输部分，其性能直接影响到后端的处理与显示。相比于传统的摄像机而言，它需要具备高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力。等随着加工制造业的发展和技术的提高以及对质量要求的不断提升，机器视觉市场逐步从低端走向高端，未来需要更加智能、更快速和更高分辨率的工业相机来适应机器视觉发展的需要。

    过去的工业相机基本都是PC-Based， 图像采集与其他控制和处理分离，后.端的所有处理依赖于PC机，对后端处理的要求较高，并且整个系统体积庞大，功耗和成本都较高。随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，嵌入式系统应用领域越来越广泛,尤其是其低功耗的特性使得机器视觉在今后的发展会非常多的采用嵌入式技术。国外对于工业相机本身能作为一台独立的机器视觉终端的研究已经成为一个热点。研制低功耗，低成本，高分辨率的嵌入式工业相机成为了一个重要课题。

文章摘自：蔡金（浙江大学），嵌入式高清工业相机研究与实现

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