智能相機(jī)是近年來(lái)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的一個(gè)新方向，其所具有的潛力注定智能相機(jī)將是未來(lái)視覺(jué)檢測(cè)方案的主流。然而在國(guó)內(nèi)，智能相機(jī)的發(fā)展方興未艾，關(guān)鍵技術(shù)基本處于探索階段，同國(guó)外的大公司，如Cognex，Matrox，Basler 等相比，國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的智能相機(jī)研發(fā)商，如大恒，凌云，視覺(jué)龍，嘉恒中自等都鮮有自己的智能相機(jī)產(chǎn)品，更多的是代理推銷國(guó)外的產(chǎn)品，市場(chǎng)也基本被國(guó)外公司所壟斷。本文在研究了智能相機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r下，綜合前期的研究成果，在充分研究了目前的兩款主流處理芯片DSP 和FPGA 做數(shù)字信號(hào)處理所具有的各自特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于DSP+FPGA 相融合圖像處理技術(shù)的智能相機(jī)方案，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)原理圖，制作了樣機(jī)。針對(duì)圖像預(yù)處理中應(yīng)用極為廣泛的鄰域算法，詳細(xì)地講解了其FPGA 實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)流程控制方法，并以具體的sobel 邊緣檢測(cè)算法為例，給出了其檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)效果圖。針對(duì)芯片定位的應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)室條件下搭建了二維機(jī)械臂模擬系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了靜態(tài)標(biāo)定。同時(shí)深入研究了芯片定位的圖像預(yù)處理算法和高級(jí)檢測(cè)算法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的誤差進(jìn)行了分析。本文的主要工作內(nèi)容如下：

　　（1） 研究了機(jī)器視覺(jué)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，分析了作為機(jī)器視覺(jué)兩大支柱的在線視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)和智能相機(jī)所具有的各自特點(diǎn)，總結(jié)了智能相機(jī)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而深入分析了智能相機(jī)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)要求。

　?。?） 在實(shí)驗(yàn)室前期研究成果的基礎(chǔ)上，研究了圖像處理算法的特點(diǎn)，分析了現(xiàn)有視覺(jué)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。在充分研究了DSP 和FPGA 所具有的各自特點(diǎn)情況下，提出了一種基于DSP 和FPGA 分層圖像處理技術(shù)的視覺(jué)方案，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)原理圖，制作了樣機(jī)。

　?。?） 針對(duì)圖像預(yù)處理中應(yīng)用極為廣泛的鄰域算法，編程實(shí)現(xiàn)了其FPGA 數(shù)據(jù)流程控制，并針對(duì)具體的sobel 邊緣檢測(cè)算法，詳細(xì)介紹了每個(gè)模塊的功能和狀態(tài)圖，并給出了實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的效果圖，同時(shí)對(duì)這種圖像數(shù)據(jù)流的控制方法進(jìn)行了速度測(cè)試和評(píng)估。

　?。?） 研究了FPGA 的多級(jí)圖像預(yù)處理方法，分析了按行處理的圖像處理算法的局限性。針對(duì)芯片定位的應(yīng)用，研究了其圖像預(yù)處理和高級(jí)圖像處理算法，并通過(guò)Matlab、OpenCV 等工具對(duì)算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。研究了DSP 和FPGA 多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。

　?。?） 在實(shí)驗(yàn)室條件下搭建了芯片定位機(jī)械臂模擬系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)坐標(biāo)系進(jìn)行了靜態(tài)標(biāo)定，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的誤差進(jìn)行了分析。

　　機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展從最早的基于PC 的視覺(jué)系統(tǒng)到現(xiàn)在的智能相機(jī)概念的提出，體現(xiàn)了其發(fā)展的兩個(gè)大方向。但無(wú)論是哪種檢測(cè)系統(tǒng)，整體的結(jié)構(gòu)都具有相似性，系統(tǒng)都包括光源、光學(xué)成像系統(tǒng)，圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件庫(kù)、人機(jī)交互界面和輸入輸出口［9］。只是前者采用基于計(jì)算機(jī)的圖像處理技術(shù)，而智能相機(jī)則應(yīng)用了最新的處理器及大容量存儲(chǔ)技術(shù)，具有更高的集成度。如圖1-1 所示是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。以下將對(duì)系統(tǒng)各部分功用做簡(jiǎn)要介紹。