اللغة العربية
دمج وحدات الكاميرا مع لوحات FPGA: حالات الاستخدام والدروس التعليمية
تم إنشاؤها 07.25
في المشهد المتطور باستمرار للأنظمة المدمجة ومعالجة الإشارات الرقمية، فإن دمج
وحدات الكاميرامع لوحات مصفوفة البوابات القابلة للبرمجة (FPGA) قد فتحت مجموعة من الاحتمالات المثيرة. يسمح هذا المزيج بإنشاء أنظمة رؤية مخصصة للغاية وعالية الأداء يمكن تخصيصها لمجموعة واسعة من التطبيقات.
حالات الاستخدام
روبوتات
• كشف الكائنات والملاحة: في التطبيقات الروبوتية، تلعب الكاميرات المدمجة مع FPGAs دورًا حاسمًا في كشف الكائنات والملاحة. على سبيل المثال، في الروبوتات المتنقلة المستقلة (AMRs) المستخدمة في المستودعات لإدارة المخزون، تلتقط وحدة الكاميرا صورًا للبيئة المحيطة. يمكن لـ FPGA، بفضل قدراته على المعالجة المتوازية، تحليل هذه الصور بسرعة لاكتشاف العقبات والرفوف والمنتجات. يمكنه تحديد الرمز الشريطي على المنتجات، مما يمكّن الروبوت من التقاط العناصر ووضعها بدقة. تضمن قوة المعالجة في الوقت الحقيقي لـ FPGA أن الروبوت يمكنه الاستجابة بسرعة للتغيرات في بيئته، مما يجعل عملية الملاحة سلسة وفعالة.
• التعرف على الإيماءات: من أجل التفاعل بين الإنسان والروبوت، يمكن استخدام الكاميرات و FPGAs للتعرف على الإيماءات. في روبوت الخدمة الذي يساعد كبار السن، تلتقط وحدة الكاميرا إيماءات المستخدم. يقوم FPGA بمعالجة هذه الصور في الوقت الفعلي، مترجمًا الإيماءات إلى أوامر للروبوت. على سبيل المثال، يمكن التعرف على موجة بسيطة من اليد كإشارة للروبوت للاقتراب من المستخدم.
المراقبة والأمن
• تحليل الفيديو: في أنظمة المراقبة، تُستخدم وحدات الكاميرا المدمجة مع FPGA لتحليل الفيديو المتقدم. يمكنها أداء مهام مثل التعرف على الوجوه، والتعرف على لوحات السيارات، واكتشاف الحركة. في شبكة مراقبة واسعة النطاق تغطي مركز المدينة، تلتقط وحدات الكاميرا تدفقات الفيديو. يقوم FPGA على كل لوحة بتحليل الفيديو في الوقت الحقيقي، مع تحديد الأنشطة المشبوهة مثل التسكع أو الوصول غير المصرح به. يمكن استخدام التعرف على الوجوه لمطابقة وجوه الأفراد مع قاعدة بيانات للمجرمين المعروفين أو الأشخاص المفقودين. يسمح المعالجة عالية السرعة لـ FPGA بتحليل عدة تدفقات فيديو في وقت واحد، مما يضمن تغطية أمنية شاملة.
• كشف التسلل: يمكن إعداد الكاميرات المدمجة مع FPGAs لاكتشاف التسللات في المناطق المحظورة. في قاعدة عسكرية، يراقب وحدة الكاميرا المحيط. يقوم FPGA بمعالجة الصور لاكتشاف أي حركة غير طبيعية، مثل شخص يتسلق فوق سياج. يمكنه تفعيل إنذار على الفور، مما يوفر طبقة إضافية من الأمان.
تصوير طبي
• التصوير بالمنظار: في التنظير الطبي، يمكن لوحدات الكاميرا المرفقة بلوحات FPGA تحسين جودة الصور الملتقطة داخل الجسم. يمكن لـ FPGA تنفيذ مهام معالجة الصور في الوقت الحقيقي مثل تقليل الضوضاء، وتعزيز التباين، واكتشاف الحواف. على سبيل المثال، في إجراء تنظير القولون، تلتقط وحدة الكاميرا صورًا لبطانة القولون. يقوم FPGA بمعالجة هذه الصور لجعل تفاصيل الأنسجة أكثر وضوحًا، مما يساعد الأطباء على اكتشاف الزوائد اللحمية أو غيرها من الشذوذات بدقة أكبر.
• تحسين صورة الأشعة السينية: في تصوير الأشعة السينية، يمكن استخدام وحدات الكاميرا المدمجة مع FPGA لتحسين جودة صور الأشعة السينية. يمكن لـ FPGA معالجة بيانات الأشعة السينية الخام الملتقطة بواسطة وحدة الكاميرا لتعزيز التباين بين الأنسجة المختلفة، مما يسهل على أطباء الأشعة تشخيص الأمراض.
دليل: دمج وحدة الكاميرا مع لوحة FPGA
الخطوة 1: اختيار المكونات المناسبة
• وحدة الكاميرا: تتوفر في السوق وحدات كاميرا متنوعة، مثل تلك المعتمدة على واجهة MIPI CSI - 2. على سبيل المثال، تعتبر وحدة الكاميرا OmniVision OV5640 وحدة كاميرا شائعة بدقة 5 ميجابكسل. عند اختيار وحدة كاميرا، يجب مراعاة عوامل مثل الدقة، ومعدل الإطارات، واستهلاك الطاقة. للتطبيقات التي تتطلب صورًا عالية الدقة بمعدل إطارات سريع، يجب اختيار وحدة مزودة بمستشعر عالي الدقة وواجهة نقل بيانات سريعة.
• لوحة FPGA: يمكن استخدام لوحات FPGA الشائعة مثل Digilent Zybo Z7 أو Terasic DE1 - SoC. يعتمد اختيار لوحة FPGA على عوامل مثل موارد الإدخال/الإخراج المتاحة، وقوة المعالجة، ونظام التطوير. إذا كانت التطبيق يتطلب عددًا كبيرًا من مهام المعالجة المتوازية، يجب اختيار لوحة تحتوي على شريحة FPGA أكثر قوة.
الخطوة 2: الاتصال بالأجهزة
• توصيل وحدة الكاميرا بلوحة FPGA: إذا كنت تستخدم وحدة كاميرا بواجهة MIPI CSI - 2، فقد تكون هناك حاجة إلى لوحة محول مناسبة لتوصيلها بلوحة FPGA. على سبيل المثال، يمكن استخدام محول Digilent FMC - PCAM للتحويل من FMC إلى MIPI CSI - 2 وتوصيل وحدة الكاميرا بلوحة FPGA مزودة بموصل FMC. قم بتوصيل خطوط الطاقة والأرض والبيانات وفقًا لبيانات وحدة الكاميرا ولوحة المحول. تأكد من أن التوصيلات آمنة لتجنب أي فقدان للإشارة أو مشاكل كهربائية.
• اعتبارات مصدر الطاقة: توفير مصدر طاقة مستقر لكل من وحدة الكاميرا ولوحة FPGA. قد تتطلب وحدة الكاميرا مستوى جهد محدد، عادةً في نطاق 1.8 فولت إلى 3.3 فولت. استخدم منظم جهد لضمان أن الجهد المقدم ضمن النطاق المقبول. أيضًا، ضع في اعتبارك استهلاك الطاقة لوحدة الكاميرا ولوحة FPGA معًا لاختيار مصدر طاقة مناسب.
الخطوة 3: تطوير البرمجيات
• تثبيت الأدوات اللازمة: قم بتثبيت أدوات التطوير للوحة FPGA، مثل Xilinx Vivado للوح FPGA المعتمد على Xilinx أو Altera Quartus Prime للوح FPGA المعتمد على Altera. تُستخدم هذه الأدوات للتصميم والتوليف وبرمجة FPGA. أيضًا، قم بتثبيت أي برامج تشغيل أو مكتبات مطلوبة لوحدة الكاميرا. قد تتطلب بعض وحدات الكاميرا مكتبات برامج محددة للتفاعل مع FPGA.
• كتابة كود FPGA: اكتب كود Verilog أو VHDL للتفاعل مع وحدة الكاميرا. يجب أن يتعامل الكود مع مهام مثل تهيئة وحدة الكاميرا، واستقبال بيانات الصورة، ومعالجتها حسب الحاجة. على سبيل المثال، قد يحتاج الكود إلى تكوين سجلات وحدة الكاميرا لضبط الدقة، ومعدل الإطار، والمعلمات الأخرى. يجب أن يستقبل بعد ذلك بيانات الصورة من خلال واجهة MIPI CSI - 2 ويخزنها في ذاكرة مؤقتة لمزيد من المعالجة.
• اختبار التكامل: بعد برمجة لوحة FPGA، اختبر التكامل عن طريق تشغيل تطبيق بسيط. على سبيل المثال، قم بالتقاط بعض الإطارات من وحدة الكاميرا وعرضها على شاشة متصلة أو حفظها على جهاز تخزين. تحقق من أي أخطاء أو مشاكل في التقاط ومعالجة الصورة. إذا كانت هناك مشاكل، راجع اتصالات الأجهزة وكود البرمجيات لتحديد وإصلاح المشكلات.
دمج وحدات الكاميرا مع لوحات FPGA يوفر حلاً قوياً لمجموعة واسعة من التطبيقات. من خلال اتباع الخطوات الموضحة في هذا الدليل، يمكن للمطورين البدء في بناء أنظمة الرؤية المخصصة الخاصة بهم والتي تتناسب مع احتياجاتهم المحددة.
اتصل
اترك معلوماتك وسنتصل بك.
WhatsApp
WeChat