內(nèi)嵌Xilinx FPGA，由VisualApllet編程實(shí)現(xiàn)顛覆性嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)

　　背景：

　　早在2014年，All Programmable技術(shù)和器件的全球領(lǐng)先的Xilinx公司聯(lián)手生態(tài)合作伙伴德國Silicon Software公司推出了Silicon Software公司的VisualApplet軟件平臺(tái)。這套軟件平臺(tái)針對Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC實(shí)現(xiàn)了一個(gè)圖像化FPGA設(shè)計(jì)和編程的環(huán)境。之后此平臺(tái)幾乎顛覆了傳統(tǒng)的嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)，為那些從事和尋找先進(jìn)的、高性能機(jī)器視覺解決方案的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)師、軟件工程師、硬件工程師帶來前所未有的嵌入式設(shè)計(jì)體驗(yàn)。

　　Visual Applet是一個(gè)圖形化的開發(fā)工具，它可以通過簡單的拖拽，將復(fù)雜的FPGA編程簡單化，Silicon Software公司提供了一系列圖像預(yù)處理Applet，通過組合這些Applet，用戶就可以定制自己的圖像預(yù)處理功能。此外這些Applet將被加載到MicroEnable系列圖像采集卡運(yùn)行的時(shí)候完全不占用系統(tǒng)CPU資源，是圖像預(yù)處理軟件硬件化的平臺(tái)。而且所有的功能模塊都以硬件算子的方式提供，這就保證了實(shí)時(shí)處理的要求。所以圖形處理的復(fù)雜度僅僅局限于所使用的FPGA的資源。

　　在用Visaul Applet做圖像處理算法開發(fā)的時(shí)候，不需要考慮在FPGA設(shè)計(jì)中?？紤]的同步、時(shí)序以及其它優(yōu)化等問題。FPGA的綜合和高級仿真可以在半個(gè)小時(shí)內(nèi)完成，極大地簡化了實(shí)時(shí)圖像處理設(shè)計(jì)的難度。

　　LX VisualApplet工業(yè)攝像機(jī)：

　　Baumer的最新智能設(shè)備LX VisualApplet工業(yè)攝像機(jī)，由于其獨(dú)特的圖像解決方案，在進(jìn)行圖像與視頻傳輸時(shí)，可以達(dá)到20M像數(shù)點(diǎn)的高幀率傳輸。這主要得益于這款攝像機(jī)不僅利用FPGA進(jìn)行充分加速，同時(shí)在基于硅軟件的VisualApplets圖表編程環(huán)境對應(yīng)用程序進(jìn)行編程時(shí)，做到了實(shí)時(shí)地根據(jù)不同的應(yīng)用程序的特殊用途進(jìn)行不同的圖像預(yù)處理， 而此預(yù)處理過程不僅提高了圖像系統(tǒng)生產(chǎn)量，當(dāng)上傳到主機(jī)的數(shù)據(jù)量減少(丟失)時(shí)，還可以實(shí)時(shí)地作出響應(yīng)。

　　圖Baumer intelligent LX VisualApplets industrial camera

　　令人好奇的是，這款攝像頭是如何做到預(yù)處理圖像的?原來，當(dāng)Baumer 的LX VisualApplet攝像機(jī)在執(zhí)行預(yù)處理時(shí)，就會(huì)用到攝像機(jī)內(nèi)部的Xilinx Spartan-6 LX150 FPGA和256MB的DDR3 SDRAM這兩個(gè)部分，也正是這兩部分的支持才實(shí)現(xiàn)了圖像的預(yù)處理。此外這款攝像頭在還支持GigE Vision接口標(biāo)準(zhǔn)(100m內(nèi)電纜)[GigE VisionGigE Vision Standard是2006年公布的一套高性能工業(yè)攝像頭接口標(biāo)準(zhǔn) ] ，巧合地是，在2016年最近的視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新獎(jiǎng)中，這類新型的工業(yè)攝像頭獲得了白金獎(jiǎng)。

　　Baumer的LX VisualApplets工業(yè)攝像頭產(chǎn)品系統(tǒng)中，由于不同的傳感器解決方案，傳輸速率從2Mbyte像素點(diǎn)到200MByte像數(shù)分為七種模式，當(dāng)然，這款攝像頭都是采用CMOSIS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)的。下表列出了這款攝像頭系列從2D到3D的七種模式：

　　總結(jié)：

　　現(xiàn)在，尖端工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域中都用到了大量的智能工業(yè)攝像頭，同時(shí)還要求更加靈活、更具可擴(kuò)展的解決方案，這就需要將實(shí)時(shí)視頻處理功能從本地主機(jī)或服務(wù)器轉(zhuǎn)移到攝像頭端，Xilinx Spartan-6 LX150 FPGA采用45nm技術(shù)構(gòu)建，可以方便地嵌入的在攝像頭中，并提供視頻分析功能，同時(shí)還支持圖像/視頻處理和傳感器功能等。