20120317-嵌入式系统在钢板表面缺陷检测中的应用-田陆.pdf

嵌入式系统在钢板表面缺陷检测中的应用 1 2 2 2 郭庆华 田陆 袁英宏 黄郁君 1、新疆八钢南疆钢铁拜城有限公司工程指挥部 2、镭目公司北京研究所 北京 100080 摘 要 : 针对钢板表面缺陷图像处理系统计算量大、实时性高和体积小的要求，本文给 出一种新的解决方案，把FPGA 和DSP 等处理器件引入到图像采集及前期的处理中，利用FPGA 强大的并行计算能力和DSP 在乘法运算上的优势，将原构架中由客户机完成的图像采集和前 期处理工作移植到基于DSP 和FPGA 的处理板上完成。实验结果表明：该系统实时性高,适应 性好,能够满足设计要求。 关键词：实时系统 FPGA DSP 表面质量检测 并行处理 引言 目前在热轧板表面缺陷检测系统中通常使用的构架多为1.检测装置 （线阵相机和光源） 2.客户机3.服务器4.辅助存储及打印设备，国内、外一些机器视觉的公司和研究机构已推出 了基于此构架的产品用于生产，总的来说对提高钢板表面缺陷的检出、降低工人劳动强度起 到了一定的作用，但该种构架使用的处理单元一般为通用工控机，每个相机配一个处理单元 进行缺陷的前期处理，这就不可避免地导致整个系统比较庞大，不利于在现场的布置及维护， 而更为严重的是现场环境较恶劣、干扰较多，为了提高表面缺陷的检出率和识别率，算法中 涉及到的滤波、缺陷分割以及分类器的设计等环节均要采用相对复杂的算法，算法的复杂度 直接致使运算量呈几何倍数增长，而通用微处理器在构架上不太适合做高密度计算，为了能 实现在线检测，往往采用简化算法或降低图像清晰度来解决检测精度与生产速度之间的矛 盾，这样直接影响了对一些微小缺陷或对比度低的缺陷的检出，同时也限制了机器视觉技术 在高速轧钢生产线上的应用。本文给出一种新的解决方案，把FPGA 和DSP 等处理器件引 入到图像采集及前期的处理中来，利用FPGA 强大的并行计算能力和DSP 在乘法运算上的 优势，将原构架中由客户机完成的图像采集和前期处理工作移植到基于DSP 和FPGA 的处 理板上完成。硬件方面我们采用了 TI 公司的 TMS320DM642 和 ALTERA 公司的 EP3C40F484C7N 为核心的处理平台，具体的硬件构架及工作原理表述如下： 1. 嵌入式系统的硬件设计方案和工作原理 整个处理板的结构如图 1 所示，上部以 FPGA 为核心的图像采集和滤波单元，下部以 DSP 为核心的图像处理及PCI 接口单元，经处理板处理后的数据转入工控机内进行进一步 的分类、识别分析并在终端屏幕上进行显示。其中FPGA 内部设计了两个4K 的双端口RAM ， 一个，可同时完成读、写操作，处理后数据由FPGA 向DSP 发出中断申请，DSP 接受后由 EMIF 接口将数据读入，DSP 外部存储单元包括两片128MB 的SDRAM 存储器，存储由FPGA 滤波后的图像数据和由DSP 处理后图像数据，其读、写控制由DSP 完成，FPGA 发送的数据 时，DSP 通过 EMIF 接口直接将数据读入 2 级缓存中进行处理，并将有缺陷的帧存入SDRAM 中由主机通过PCI 接口进行读取和识别处理。 图1.处理板结构图 2. Camera Link 与FPGA 之间的数据传输的接口设计 我们使用的相机是DALSA 公司的S3-20-02K40-00-R ，该相机的cameralink 接口的配置 为基本型，MDR26 可将4 组LDVS 数据线和一组LDVS 时钟信号传入处理板，进入的差分 信号经DS90CR288 转换为28 位并行的信号，其中24 位为数据信号，4 位为数据同步信号， 同时转换出同步时钟信号。Cameralink 接口具有数据传输量大且抗干扰能力强。另有两组 LDVS 串行信号经DS90LV019 转换为低压TTL 电平信号再由MAX232 转换为标准RS232 电平与 主机串口连接，主机可通过此串口对相机工作参数进行设置和修改。由于现场生产过程中钢 板的运动速度变化较大，因此要求相机工作在外触发状态，即处理系统根据钢板的实际运行 速度决定相机的曝光频率，为此我们由FPGA 输出一组