基于DSP的嵌入式智能相機的研究

摘要：智能相機是一種小型的視覺檢測系統，主要運用于工況監視，產品檢驗和質量監控等領域，能夠提高生產制造的柔性和自動化程度。與傳統的PC式視覺系統相比，它具有易學、易用、易維護、易安裝等特點。在此主要是提出了一種嵌入式智能相機的設計方案，它是以ADSP-BF537為系統控制核心，以CMOS傳感器為圖像采集裝置，結合Oscar軟件框架和OpenCV進行軟件設計。最后通過一個檢測條形碼的應用來說明研究出來的智能相機的可行性，并且通過實驗數據來說明智能相機運行速度和工作效率。
關健詞：智能相機；ADSP-BF537；Oscar；OpenCV

0 引言
目前，國內智能相機的開發還是處于起步階段，但是它卻在現實中擁有廣泛的應用。典型的機器視覺系統是一般由光源、CCD或CMOS相機、圖像采集卡、圖像處理軟件及一臺PC機構成。其中，圖像的采集功能由CCD／CMOS相機及圖像采集卡完成；圖像的處理則是在圖像采集／處理卡的支持下，由軟件在PC機上完成。由于基于PC機的機器視覺體積龐大、結構復雜，其應用系統的開發周期長、成本高，因此智能相機就應運而生。本文提出了一種基于ADSP-BF537嵌入式智能相機的設計方案，使它能夠達到機器視覺檢測低成本，高速率，高精度，易操作，小體積的目的。

1 硬件平臺設計
嵌入式智能相機是一個微小的視覺檢測系統，包含圖像采集裝置、圖像處理算法、圖像處理軟件和通信控制裝置。圖像采集裝置主要是獲取圖像數據，使用的是CCD／CMOS傳感器。圖像處理主要是在DSP中進行，是對圖像進行預處理，識別、檢測圖像特征，分割圖像特征，提取圖像特征，最后得到圖像處理結果。這主要是在數字信號處理器(DSP)中完成。圖像通信裝置主要是對圖像處理過程進行控制，并且實現圖像處理結果輸出。圖1為所設計智能相機的結構框圖。

在本設計中，相機采用了ADI公司的ADSP-BF537作為控制核心。ADSP-BF537是具有較高性能的系列成員，擁有容量更大的嵌入式存儲器，從而可滿足諸如視頻安全／監控和基于工業環境的分布式控制／工廠自動化應用等嵌入式應用的較高吞吐量需求。ADSP-BF537提供了卓越的性能，并專為諸如遠程監視設備、VoIP、銷售點終端以及生物特征識別／安全應用等低成本連接設備而設計。作為整個系統的核心，ADSP-BF537具有接口豐富，性能優良，價格便宜的特點，并具有強大的多媒體數據處理能力。
在圖像采集模塊中，相機使用了CMOS圖像傳感器。與CCD圖像傳感器的高成本相比，CMOS圖像觸感器具有低功耗，低成本的優勢。隨著CMOS傳感器制造工藝的發展，其性能將會越來越接近CCD傳感器。相機通過CMOS圖像傳感器采集圖像數據，并且在DSP通過I2C的控制下，把數據傳入DSP。
在通信控制模塊中，相機通過以太網、串口RS 232，I／O端口與外部進行連接，從而實現相機的數據輸出與控制。以太網用以實現上位機與相機的通信與控制，而I／O端口用來外部觸發控制相機或者實現相機向外部輸出控制信號。串口RS 232主要是用來不通過仿真器來燒寫U_Boot引導程序和uClinux鏡像文件。

2 軟件設計
相機的軟件程序設計使用了一個Oscar(Open source camera)框架平臺和OpenCV視覺庫，從而使軟件設計更加的簡單、方便、快捷，圖2為Oscar框架與OpenCV的關系圖。Oscar為軟件的設計提供了簡易的應用方法模塊，并且隱藏了硬件接口的復雜性，從而使軟件設計者不需要關心底層硬件程序的設計。而OpenCV構建了一個簡單易用的計算機視覺框架，幫助并發人員更便捷地設計更復雜的計算機視覺相關的應用程序。