基于Davinci技术的智能相机系统研究与实现

摘要

IC(Integrated Circuit)产业是国民经济的基础性和战略性产业，其技术水平和产业规模是一个国家科技实力的重要标志。机器视觉作为一种非接触、高精度的智能感知技术，正广泛应用于各种IC封装设备中，其性能直接影响了IC封装设备的生产效率和产品质量。传统基于工业计算机的机器视觉系统体积大、结构复杂、稳定性差、自动化程度低，需要专业机器视觉工程师开发。本文针对IC封装设备中视觉系统智能化、网络化的应用需求，提出了基于相位相关的图像匹配视觉定位算法，研制了一种基于Davinci技术的工业智能相机，并在RFID(Radio Frequency Identification)标签封装设备中开展了应用测试工作，具体研究内容如下：
　　（1）分析了典型IC封装设备视觉系统的功能需求，设计了一种基于Davinci技术的工业智能相机方案。该方案以CMOS图像传感器为图像采集单元，以TMS320DM6467T(简称DM6467T)芯片为图像主处理单元，以千兆以太网为传输单元。基于该设计方案研制了一种面向IC封装设备应用的工业智能相机硬件系统，并进行了相关调试与测试工作，实现了200W pixels@30 fps图像的实时采集、处理与传输功能。
　　（2）提出了一种适用于IC封装设备视觉定位的相位相关图像匹配算法，解决了传统空间互相关图像匹配算法的耗时问题，并从匹配精度、速度和鲁棒性等方面对算法的性能进行了测试。结果表明，对于128×128 pixels的模板图像，512×512 pixels的芯片图像，匹配速度在20 ms以内，匹配位置精度为0.5pixel，角度精度在0.2o以内，并且对噪声干扰、离焦模糊等现象也具有较好的适应性。
　　（3）完成了基于Linux的工业智能相机软件系统架构设计，实现了Bootloader和Linux在DM6467T芯片上的移植，开发了基于V4L2框架的视频采集程序，实现了Codec Engine框架下的图像匹配视觉定位算法，建立了基于GigE Vision协议的1Gbit网络通讯，实现了上位机对智能相机的远程操作。

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 智能相机国内外研究现状

1.4 本文研究内容与组织结构

2 智能相机需求分析与方案设计

2.1 智能相机功能需求分析

2.2 智能相机总体实现方案

2.3 本章小结

3 智能相机硬件系统设计

3.1 智能相机硬件系统框架

3.2 核心处理器模块电路设计

3.3 电源模块电路设计

3.4 图像采集模块电路设计

3.5 存储器模块电路设计

3.6 通信模块电路设计

3.7 智能相机硬件PCB设计

3.8 本章小结

4 基于相位相关的图像匹配算法研究

4.1 视觉定位算法及流程分析

4.2 传统互相关图像匹配缺陷分析

4.3 基于相位相关的图像匹配

4.4 算法实验测试

4.5 本章小结

5 智能相机软件系统设计

5.1 Davinci技术简介

5.2 系统软件架构

5.3 移植Uboot和Linux

5.4 图像采集模块的设计

5.5 算法调用模块的实现

5.6 网络传输模块的设计

5.7 用户应用程序的设计

5.8 本章小结

6 智能相机系统测试及分析

6.1 硬件系统功能测试

6.2 软件系统功能测试

6.3 视觉定位算法性能测试

6.4 测试结果分析

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间取得的成果