|
提出并設計一種新型的基于雙CPU技術(shù)的光電圖像識別系統，該系統主要由目標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(dòng)識別模塊組成。采用TMS320C6416與FPGA完成目標圖像的采集與處理．采用ARM9處理器S3C2440完成對相關(guān)功率譜的采集與目標圖像識別。與傳統光電圖像識別系統相比，該系統實(shí)時(shí)性和精度更高，并可實(shí)現智能化和網(wǎng)絡(luò )化。 光電混合模式識別以其高速并行處理和無(wú)串擾的優(yōu)點(diǎn)成為實(shí)現模式識別實(shí)用化和實(shí)時(shí)化的重要途徑，其在目標識別、指紋識別、光纖檢測、工業(yè)零件識別、汽車(chē)牌照識別等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應用[1．2]，并取得了很好的識別效果。 但在實(shí)際應用中，待識別的目標圖像需要經(jīng)過(guò)圖像預處理和畸變處理等操作。針對圖像的實(shí)時(shí)處理要求，本文將聯(lián)合變換相關(guān)識別系統與數字信號處理中的雙CPU技術(shù)相結合，采用“FPGA+DSP+ARM”架構，研究與設計一種新型的光電混合圖像識別系統。利用TMS320C6416與FPGA完成目標圖像的采集與處理，利用ARM9處理器S3C2440完成對相關(guān)功率譜的采集與目標圖像識別，從而實(shí)現畸變不變模式識別的快速和準確性。并實(shí)現了該系統的智能化和網(wǎng)絡(luò )化。 該光電混合圖像識別系統每秒能處理25幀圖像，可實(shí)現真正的動(dòng)態(tài)圖像識別，因而對圖像識別有很好的實(shí)用性。 1 光電混合圖像識別系統 光電混合圖像識別系統是基于光電混合聯(lián)合變換相關(guān)器的一種系統，本文提出并設計的光電混合圖像識別系統的結構框圖如圖1所示。 然后，DSP將處理后的目標圖像和參考圖像構成的聯(lián)合輸入圖像實(shí)時(shí)輸出到液晶電視上，聯(lián)合圖像經(jīng)過(guò)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(guò)攝像頭2接收進(jìn)入ARM9處理器S3C2440，來(lái)完成圖像頻譜的振幅調制及傅里葉逆變換的處理，得到所需互相關(guān)結果。由于真目標互相關(guān)信號較強，假目標的互相關(guān)信號很弱，可以通過(guò)設定閾值來(lái)判斷真假目標圖像，即當相關(guān)結果大于閾值時(shí)，識為真目標，小于閾值時(shí)，識為假目標。當判為假目標時(shí)，通過(guò)通信接口控制DSP繼續進(jìn)行圖像采集與處理，實(shí)現下一個(gè)目標的圖像識別，直至判別出真目標。 2 系統設計 該光電圖像識別系統主要由目標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(dòng)識別模塊組成，采用TMS320c6416DSP與FPGA來(lái)完成目標圖像的采集與處理，采用ARM9處理器S3C2440來(lái)完成對相關(guān)功率譜的采集與目標圖像識別。 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結構，其主要在內部CPU功能單元、通用寄存器組及其數據通路等方面進(jìn)行了較大的改進(jìn)。C64x具有8個(gè)相互獨立的功能單元，其中包含6個(gè)支持單周期內單32位、雙16位或4個(gè)8位數據操作的算術(shù)邏輯單元，以及2個(gè)支持單周期雙16×16位或4個(gè)8×8位數據操作的乘法器；內部CPU的通用寄存器組含有32個(gè)32位寄存器，支持8位和64位定點(diǎn)數據，并且寄存器A0也可用作條件寄存器；通用寄存器組內部有兩條交叉通路，且都可以通過(guò)交叉通路訪(fǎng)問(wèn)另一側的寄存器組；C64x還能夠利用非排列的存取指令訪(fǎng)問(wèn)任意字節邊界的字或雙字。 與C62x相比，C64x平均每條指令在每個(gè)時(shí)鐘周期內的運算能力增加了7.6倍。由于C64x支持雙16位和8位數據以及時(shí)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存儲器結構。一級存儲器由程序(L1P)和數據(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不同的存儲體結構，其存儲體位于32位邊界，因此對于相同存儲體訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，地址總線(xiàn)的3LSBs相同。另外，C64x具有豐富的外設資源，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位數據總線(xiàn)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(gè)多通道緩沖串行口等。 內部結構的改進(jìn)、并行處理能力的提高及豐富的外設資源，使得C64x在圖像處理領(lǐng)域具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力。為提高系統實(shí)時(shí)性能，本文采用主頻400 MHz的TMS320C6416GLZ作為目標圖像處理單元來(lái)設計該識別系統。 2．2 目標圖像采集與處理模塊 該模塊主要由DSP處理器TMS320C6416和FPGA來(lái)實(shí)現，DSP和FPGA之間采用主／從方式。其中，DSP主要完成對目標圖像的處理及控制FPGA采樣信號的啟動(dòng)。FPGA則完成對目標圖像的采樣控制過(guò)程，其硬件結構圖如圖2所示。 采用TI公司的TLC5510芯片來(lái)進(jìn)行高速A／D采樣。TLC5510為5V電源、8位、20Msps的高速并行ADC，最大量程為2V。為了達到實(shí)時(shí)處理的目的，本系統只采集灰度圖像，CCD圖像的幀頻為30Hz，幀圖像分辨率為512×512像素，每個(gè)像素點(diǎn)8位量化。 FPGA在行(HS)、場(chǎng)(VS)同步信號和時(shí)鐘信號的驅動(dòng)下，產(chǎn)生A／D采樣的控制信號來(lái)控制采樣過(guò)程，同時(shí)，FPGA提供存儲器地址及片選與讀寫(xiě)控制信號，數字信號按照該地址并在RAM_W有效時(shí)，寫(xiě)入FPGA存儲器RAM中，為圖像預處理作好準備。 采樣完成后，FPGA產(chǎn)生外部中斷，向DSP發(fā)出中斷請求，DSP進(jìn)入中斷處理：FPGA提供RAM的地址信號，并在RAM_R有效時(shí)，DSP將RAM中的采樣數據以EDMA方式讀至同步動(dòng)態(tài)存儲器SDRAM中。SDRAM為4balaks×512 kb×32b，時(shí)鐘主頻為166MHz，這樣就保證了工作時(shí)所需的存儲容量和實(shí)時(shí)性的要求。數據傳輸完畢，DSP啟動(dòng)FPGA進(jìn)行下一幀圖像的采樣，FPGA再次進(jìn)入采樣控制處理過(guò)程，DSP則對目標圖像數據進(jìn)行預處理和畸變等處理。 在完成對目標圖像的數據處理后，DSP將處理后目標圖像和存儲在ROM中的參考圖像構成的聯(lián)合輸入圖像實(shí)時(shí)輸出到液晶電視上的約定區域內，以便進(jìn)行光信息處理。 2．3 自動(dòng)識別模塊 自動(dòng)識別模塊采用三星公司ARM處理器S3C2440來(lái)完成。S3C2440處理器是基于A(yíng)RM920T內核的32位RISC嵌入式芯片。該ARM內核的CPU主頻最高可達533MHz，此處使用499MHz，它除了集成3個(gè)串口、SD卡控制器、USB Host控制器、LCD控制器、NandFlash控制器以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘外，還增添了工業(yè)控制總線(xiàn)(CAN)、Camera控制器(數碼攝像機接口)、PCMCIA接口(可接無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡或調制解調器及其他外設)。另外，用1個(gè)96針總線(xiàn)插槽引出CPU的局部總線(xiàn)，可外接其他總線(xiàn)設備并與多方通信。目前，S3C2440已被廣泛應用于工業(yè)控制、多媒體處理、消費類(lèi)電子及網(wǎng)絡(luò )通信等領(lǐng)域。 S3C2440處理器的接口框圖如圖3所示。S3C2440內置Camera控制器，并支持最大為4096×4096像素的圖像輸入，因此本系統對聯(lián)合頻譜圖像的獲取選用130萬(wàn)像素攝像頭進(jìn)行視頻采集與傳輸，通過(guò)Catnera控制器完成對頻譜圖像的數據轉換與存儲，然后對頻譜進(jìn)行振幅調制和傅里葉反變換，得到互相關(guān)結果，從而進(jìn)行判別與處理。 圖3中，64MB NANDFlash采用三星的。K9F1208，用于存放應用程序；2MB的NORFlash采用AMD的AM29LV160DB，用于存放Bootloader及Kernel；64MBSDRAM采用現代的HY57V561620；32KB FRAM(鐵電存儲器)，減少對Flash的頻繁操作，延長(cháng)Flash壽命，同時(shí)防止掉電時(shí)數據丟失。 2.4 系統軟件主流程 該光電混合圖像識別系統工作主流程如圖4所示。ARM和DSP在完成初始化后，通過(guò)HPI口加載DSP程序并通過(guò)中斷激活DSP運行；DSP在工作后啟動(dòng)FPGA，FPGA控制A／D采樣芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集。 本文研究與設計了一種新型的基于雙CPU技術(shù)的光電圖像識別系統。該系統由TMS320C6416與FPGA完成目標圖像的采集與處理，通過(guò)光電相關(guān)聯(lián)合變換器得到圖像的聯(lián)合頻譜，利用S3C2440完成對相關(guān)功率譜的采集與目標圖像自動(dòng)識別。該識別系統圖像處理能力達25幀／s，因而實(shí)現了真正動(dòng)態(tài)圖像的圖像識別。與傳統光電圖像識別系統相比，該系統實(shí)時(shí)性和精度更高，并實(shí)現了智能化和網(wǎng)絡(luò )化，有較高的實(shí)用價(jià)值。 |
