基于TMS320C6416與FPGA的實時光電圖像識別系統(tǒng)

光電混合模式識別以其高速并行處理和無串?dāng)_的優(yōu)點成為實現(xiàn)模式識別實用化和實時化的重要途徑，其在目標(biāo)識別、指紋識別、光纖檢測、工業(yè)零件識別、汽車牌照識別等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用[1.2]，并取得了很好的識別效果。

　　但在實際應(yīng)用中，待識別的目標(biāo)圖像需要經(jīng)過圖像預(yù)處理和畸變處理等操作。針對圖像的實時處理要求，本文將聯(lián)合變換相關(guān)識別系統(tǒng)與數(shù)字信號處理中的雙CPU技術(shù)相結(jié)合，采用“FPGA+DSP+ARM”架構(gòu)，研究與設(shè)計一種新型的光電混合圖像識別系統(tǒng)。利用TMS320C6416與FPGA完成目標(biāo)圖像的采集與處理，利用ARM9處理器S3C2440完成對相關(guān)功率譜的采集與目標(biāo)圖像識別，從而實現(xiàn)畸變不變模式識別的快速和準(zhǔn)確性。并實現(xiàn)了該系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化。

提出并設(shè)計一種新型的基于雙CPU技術(shù)的光電圖像識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由目標(biāo)圖像采集與處理模塊、光電相關(guān)聯(lián)合變換模塊以及自動識別模塊組成。采用TMS320C6416與FPGA完成目標(biāo)圖像的采集與處理.采用ARM9處理器S3C2440完成對相關(guān)功率譜的采集與目標(biāo)圖像識別。與傳統(tǒng)光電圖像識別系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)實時性和精度更高，并可實現(xiàn)智能化和網(wǎng)絡(luò)化。

　　該光電混合圖像識別系統(tǒng)每秒能處理25幀圖像，可實現(xiàn)真正的動態(tài)圖像識別，因而對圖像識別有很好的實用性。

　　1 光電混合圖像識別系統(tǒng)

　　光電混合圖像識別系統(tǒng)是基于光電混合聯(lián)合變換相關(guān)器的一種系統(tǒng)，本文提出并設(shè)計的光電混合圖像識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　ARM9處理器S3C2440與DSP間為主/從方式，DSP與FPGA問也為主/從方式。由DSP和FPGA組成的目標(biāo)圖像采集與處理模塊，將待識別的目標(biāo)通過攝像頭1傳輸?shù)紻SP中，DSP完成對目標(biāo)圖像的預(yù)處理和畸變處理等處理過程。

　　然后，DSP將處理后的目標(biāo)圖像和參考圖像構(gòu)成的聯(lián)合輸入圖像實時輸出到液晶電視上，聯(lián)合圖像經(jīng)過激光光束的照射后，經(jīng)傅里葉變換透鏡3后，形成聯(lián)合圖像傅里葉頻譜。該頻譜經(jīng)低通濾波后，得到所需的中心頻譜[3]，并通過攝像頭2接收進(jìn)入ARM9處理器S3C2440，來完成圖像頻譜的振幅調(diào)制及傅里葉逆變換的處理，得到所需互相關(guān)結(jié)果。由于真目標(biāo)互相關(guān)信號較強，假目標(biāo)的互相關(guān)信號很弱，可以通過設(shè)定閾值來判斷真假目標(biāo)圖像，即當(dāng)相關(guān)結(jié)果大于閾值時，識為真目標(biāo)，小于閾值時，識為假目標(biāo)。當(dāng)判為假目標(biāo)時，通過通信接口控制DSP繼續(xù)進(jìn)行圖像采集與處理，實現(xiàn)下一個目標(biāo)的圖像識別，直至判別出真目標(biāo)。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計

　　該光電圖像識別系統(tǒng)主要由目標(biāo)圖像采集與處理模塊、光電相關(guān)聯(lián)合變換模塊以及自動識別模塊組成，采用TMS320c6416DSP與FPGA來完成目標(biāo)圖像的采集與處理，采用ARM9處理器S3C2440來完成對相關(guān)功率譜的采集與目標(biāo)圖像識別。

　　2.1 TMS320C6416

　　C64x是TI公司推出C6000系列DSP中的最新成員，采用了VelociTI1.2結(jié)構(gòu)，其主要在內(nèi)部CPU功能單元、通用寄存器組及其數(shù)據(jù)通路等方面進(jìn)行了較大的改進(jìn)。C64x具有8個相互獨立的功能單元，其中包含6個支持單周期內(nèi)單32位、雙16位或4個8位數(shù)據(jù)操作的算術(shù)邏輯單元，以及2個支持單周期雙16×16位或4個8×8位數(shù)據(jù)操作的乘法器;內(nèi)部CPU的通用寄存器組含有32個32位寄存器，支持8位和64位定點數(shù)據(jù)，并且寄存器A0也可用作條件寄存器;通用寄存器組內(nèi)部有兩條交叉通路，且都可以通過交叉通路訪問另一側(cè)的寄存器組;C64x還能夠利用非排列的存取指令訪問任意字節(jié)邊界的字或雙字。

　　與C62x相比，C64x平均每條指令在每個時鐘周期內(nèi)的運算能力增加了7.6倍。由于C64x支持雙16位和8位數(shù)據(jù)以及時鐘頻率的提高，使得其圖像處理能力比C62x提高了15倍左右。C64x為程序和地址兩級片內(nèi)存儲器結(jié)構(gòu)。一級存儲器由程序(L1P)和數(shù)據(jù)(L1D)緩存組成。其中L1P為512組32B的16KB直接映像式緩存，L1D為128組64B的16KB兩路組相聯(lián)式緩存。C64x具有與C621x、C67lx不同的存儲體結(jié)構(gòu)，其存儲體位于32位邊界，因此對于相同存儲體訪問時，地址總線的3LSBs相同。另外，C64x具有豐富的外設(shè)資源，其中包括：64通道的增強型存儲器直接存取(EDMA)控制器;64位/16位數(shù)據(jù)總線的外部存儲器接口EMIFA/EMIFB;33MHz、32位PCI接口和針對異步傳輸模式的UTOPLA接口;16位或32位主機端接口;3個多通道緩沖串行口等。

　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、并行處理能力的提高及豐富的外設(shè)資源，使得C64x在圖像處理領(lǐng)域具有巨大的開發(fā)潛力。為提高系統(tǒng)實時性能，本文采用主頻400 MHz的TMS320C6416GLZ作為目標(biāo)圖像處理單元來設(shè)計該識別系統(tǒng)。