Deutsch
Integration von Kameramodulen mit FPGA-Boards: Anwendungsfälle & Tutorials
Erstellt 07.25
In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der eingebetteten Systeme und der digitalen Signalverarbeitung ist die Integration von
Kameramodulemit Field - Programmable Gate Array (FPGA) -Boards hat eine Fülle von aufregenden Möglichkeiten eröffnet. Diese Kombination ermöglicht die Erstellung von hochgradig angepassten, leistungsstarken Vision-Systemen, die auf eine Vielzahl von Anwendungen zugeschnitten werden können.
Anwendungsfälle
Robotik
• Objektverkennung und Navigation: In robotischen Anwendungen spielen Kameras, die mit FPGAs integriert sind, eine entscheidende Rolle bei der Objektverkennung und Navigation. Zum Beispiel erfassen in autonomen mobilen Robotern (AMRs), die in Lagern für das Bestandsmanagement eingesetzt werden, die Kameramodule Bilder der Umgebung. Das FPGA kann diese Bilder dank seiner parallelen Verarbeitungskapazitäten schnell analysieren, um Hindernisse, Regale und Produkte zu erkennen. Es kann den Barcode auf Produkten identifizieren, was es dem Roboter ermöglicht, Artikel genau zu greifen und abzulegen. Die Echtzeit-Verarbeitungskapazität des FPGAs stellt sicher, dass der Roboter schnell auf Veränderungen in seiner Umgebung reagieren kann, was den Navigationsprozess reibungslos und effizient macht.
• Gestenerkennung: Für die Interaktion zwischen Mensch und Roboter können Kameras und FPGAs zur Gestenerkennung verwendet werden. In einem Serviceroboter, der älteren Menschen hilft, erfasst das Kameramodul die Gesten des Benutzers. Das FPGA verarbeitet diese Bilder in Echtzeit und übersetzt die Gesten in Befehle für den Roboter. Zum Beispiel kann ein einfaches Winken mit der Hand als Signal erkannt werden, dass der Roboter sich dem Benutzer nähern soll.
Überwachung und Sicherheit
• Videoanalyse: In Überwachungssystemen werden FPGA-integrierte Kameramodule für fortschrittliche Videoanalysen verwendet. Sie können Aufgaben wie Gesichtserkennung, Kennzeichenerkennung und Bewegungsdetektion durchführen. In einem großflächigen Überwachungsnetzwerk, das ein Stadtzentrum abdeckt, erfassen die Kameramodule Video-Feeds. Das FPGA auf jeder Platine analysiert das Video in Echtzeit und identifiziert verdächtige Aktivitäten wie Herumlungern oder unbefugten Zugang. Gesichtserkennung kann verwendet werden, um die Gesichter von Personen mit einer Datenbank bekannter Krimineller oder vermisster Personen abzugleichen. Die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung des FPGAs ermöglicht die gleichzeitige Analyse mehrerer Video-Streams und gewährleistet umfassende Sicherheitsabdeckung.
• Intrusion Detection: Kameras, die mit FPGAs integriert sind, können eingerichtet werden, um Eindringlinge in eingeschränkten Bereichen zu erkennen. In einem Militärstützpunkt überwacht das Kameramodul den Perimeter. Das FPGA verarbeitet die Bilder, um jede abnormale Bewegung zu erkennen, wie zum Beispiel eine Person, die über einen Zaun klettert. Es kann sofort einen Alarm auslösen und bietet eine zusätzliche Sicherheitsebene.
Medizinische Bildgebung
• Endoskopische Bildgebung: In der medizinischen Endoskopie können Kameramodule, die an FPGA-Boards angeschlossen sind, die Qualität der im Körper aufgenommenen Bilder verbessern. Das FPGA kann Echtzeit-Bildverarbeitungsaufgaben wie Rauschunterdrückung, Kontrastverbesserung und Kantenerkennung durchführen. Zum Beispiel erfasst das Kameramodul während eines Koloskopie-Verfahrens Bilder der Darmschleimhaut. Das FPGA verarbeitet diese Bilder, um die Details des Gewebes sichtbarer zu machen, was den Ärzten hilft, Polypen oder andere Anomalien genauer zu erkennen.
• Röntgenbildverbesserung: In der Röntgenbildgebung können FPGA-integrierte Kameramodule verwendet werden, um die Qualität von Röntgenbildern zu verbessern. Das FPGA kann die Rohdaten der Röntgenstrahlen, die vom Kameramodul erfasst werden, verarbeiten, um den Kontrast zwischen verschiedenen Geweben zu erhöhen, was es Radiologen erleichtert, Krankheiten zu diagnostizieren.
Tutorial: Integration eines Kameramoduls mit einem FPGA-Board
Schritt 1: Auswahl der richtigen Komponenten
• Kameramodul: Es gibt verschiedene Kameramodule auf dem Markt, wie zum Beispiel solche, die auf der MIPI CSI - 2 Schnittstelle basieren. Zum Beispiel ist das OmniVision OV5640 ein beliebtes 5 - Megapixel-Kameramodul. Bei der Auswahl eines Kameramoduls sollten Faktoren wie Auflösung, Bildrate und Stromverbrauch berücksichtigt werden. Für Anwendungen, die hochauflösende Bilder mit einer schnellen Bildrate erfordern, sollte ein Modul mit einem hochauflösenden Sensor und einer schnellen Datenübertragungsschnittstelle ausgewählt werden.
• FPGA-Board: Beliebte FPGA-Boards wie das Digilent Zybo Z7 oder das Terasic DE1 - SoC können verwendet werden. Die Wahl des FPGA-Boards hängt von Faktoren wie den verfügbaren I/O-Ressourcen, der Verarbeitungsleistung und dem Entwicklungssystem ab. Wenn die Anwendung eine große Anzahl paralleler Verarbeitungsaufgaben erfordert, sollte ein Board mit einem leistungsstärkeren FPGA-Chip gewählt werden.
Schritt 2: Hardware-Verbindung
• Anschluss des Kameramoduls an das FPGA-Board: Wenn ein Kameramodul mit einer MIPI CSI - 2-Schnittstelle verwendet wird, kann eine geeignete Adapterplatine erforderlich sein, um es mit dem FPGA-Board zu verbinden. Zum Beispiel kann der Digilent FMC - PCAM-Adapter verwendet werden, um von FMC auf MIPI CSI - 2 zu konvertieren und das Kameramodul mit einem FPGA-Board mit einem FMC-Anschluss zu verbinden. Schließen Sie die Strom-, Erdungs- und Datenleitungen gemäß den Datenblättern des Kameramoduls und der Adapterplatine an. Stellen Sie sicher, dass die Verbindungen sicher sind, um Signalverluste oder elektrische Probleme zu vermeiden.
• Überlegungen zur Stromversorgung: Stellen Sie eine stabile Stromversorgung sowohl für das Kameramodul als auch für die FPGA-Platine bereit. Das Kameramodul benötigt möglicherweise ein spezifisches Spannungsniveau, typischerweise im Bereich von 1,8 V bis 3,3 V. Verwenden Sie einen Spannungsregler, um sicherzustellen, dass die bereitgestellte Spannung im akzeptablen Bereich liegt. Berücksichtigen Sie auch den Stromverbrauch des Kameramoduls und der FPGA-Platine zusammen, um eine geeignete Stromquelle auszuwählen.
Schritt 3: Softwareentwicklung
• Installation der erforderlichen Werkzeuge: Installieren Sie die Entwicklungswerkzeuge für das FPGA-Board, wie das Xilinx Vivado für Xilinx-basierte FPGA-Boards oder das Altera Quartus Prime für Altera-basierte FPGA-Boards. Diese Werkzeuge werden zum Entwerfen, Synthesizieren und Programmieren des FPGA verwendet. Installieren Sie auch alle Treiber oder Bibliotheken, die für das Kameramodul erforderlich sind. Einige Kameramodule benötigen möglicherweise spezifische Softwarebibliotheken, um mit dem FPGA zu interagieren.
• FPGA-Code schreiben: Schreiben Sie den Verilog- oder VHDL-Code, um mit dem Kameramodul zu interagieren. Der Code sollte Aufgaben wie die Initialisierung des Kameramoduls, den Empfang der Bilddaten und die Verarbeitung nach Bedarf übernehmen. Zum Beispiel muss der Code möglicherweise die Register des Kameramoduls konfigurieren, um die Auflösung, die Bildrate und andere Parameter festzulegen. Anschließend sollte er die Bilddaten über die MIPI CSI - 2 Schnittstelle empfangen und in einem Puffer für die weitere Verarbeitung speichern.
• Integration testen: Nach der Programmierung des FPGA-Boards testen Sie die Integration, indem Sie eine einfache Anwendung ausführen. Zum Beispiel, erfassen Sie einige Frames vom Kameramodul und zeigen Sie sie auf einem angeschlossenen Monitor an oder speichern Sie sie auf einem Speichermedium. Überprüfen Sie auf Fehler oder Probleme bei der Bildaufnahme und -verarbeitung. Wenn Probleme auftreten, überprüfen Sie die Hardwareverbindungen und den Softwarecode, um die Probleme zu identifizieren und zu beheben.
Die Integration von Kameramodulen mit FPGA-Boards bietet eine leistungsstarke Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen. Durch das Befolgen der in diesem Tutorial beschriebenen Schritte können Entwickler beginnen, ihre eigenen maßgeschneiderten Vision-Systeme zu erstellen, die auf ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind.
Kontakt
Hinterlassen Sie Ihre Informationen und wir werden uns mit Ihnen in Verbindung setzen.
WhatsApp
WeChat