Persian
ادغام ماژول‌های دوربین با بردهای FPGA: موارد استفاده و آموزش‌ها
ساخته شده در 07.25
در چشم‌انداز همیشه در حال تحول سیستم‌های جاسازی شده و پردازش سیگنال دیجیتال، ادغام
ماژول‌های دوربینبا استفاده از بردهای آرایه گیت قابل برنامه‌ریزی (FPGA) امکانات هیجان‌انگیزی را فراهم کرده است. این ترکیب امکان ایجاد سیستم‌های بینایی با عملکرد بالا و کاملاً سفارشی‌سازی شده را فراهم می‌کند که می‌توان آن‌ها را برای دامنه وسیعی از کاربردها تنظیم کرد.
موارد استفاده
رباتیک
• شناسایی اشیاء و ناوبری: در برنامه‌های رباتیک، دوربین‌های یکپارچه با FPGA نقش حیاتی در شناسایی اشیاء و ناوبری ایفا می‌کنند. به عنوان مثال، در ربات‌های متحرک خودکار (AMR) که در انبارها برای مدیریت موجودی استفاده می‌شوند، ماژول دوربین تصاویر محیط اطراف را ثبت می‌کند. FPGA با قابلیت‌های پردازش موازی خود می‌تواند به سرعت این تصاویر را تحلیل کند تا موانع، قفسه‌ها و محصولات را شناسایی کند. این می‌تواند بارکد روی محصولات را شناسایی کند و به ربات اجازه می‌دهد تا اقلام را به دقت بردارد و قرار دهد. قدرت پردازش بلادرنگ FPGA اطمینان می‌دهد که ربات می‌تواند به سرعت به تغییرات در محیط خود واکنش نشان دهد و فرآیند ناوبری را روان و کارآمد کند.
• شناسایی حرکات: برای تعامل انسان و ربات، دوربین‌ها و FPGAها می‌توانند برای شناسایی حرکات استفاده شوند. در یک ربات خدماتی که به سالمندان کمک می‌کند، ماژول دوربین حرکات کاربر را ضبط می‌کند. FPGA این تصاویر را به صورت آنی پردازش می‌کند و حرکات را به دستورات برای ربات تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، یک تکان ساده دست می‌تواند به عنوان سیگنالی برای نزدیک شدن ربات به کاربر شناسایی شود.
نظارت و امنیت
• تجزیه و تحلیل ویدئو: در سیستم‌های نظارتی، ماژول‌های دوربین یکپارچه FPGA برای تجزیه و تحلیل پیشرفته ویدئو استفاده می‌شوند. آن‌ها می‌توانند وظایفی مانند شناسایی چهره، شناسایی پلاک خودرو و تشخیص حرکت را انجام دهند. در یک شبکه نظارتی بزرگ که مرکز شهر را پوشش می‌دهد، ماژول‌های دوربین ویدئو را ضبط می‌کنند. FPGA روی هر برد ویدئو را به‌صورت بلادرنگ تجزیه و تحلیل می‌کند و فعالیت‌های مشکوک مانند ولگردی یا دسترسی غیرمجاز را شناسایی می‌کند. شناسایی چهره می‌تواند برای مطابقت چهره‌های افراد با یک پایگاه داده از مجرمان شناخته‌شده یا افراد مفقود شده استفاده شود. پردازش با سرعت بالا در FPGA امکان تجزیه و تحلیل چندین جریان ویدئویی به‌طور همزمان را فراهم می‌کند و پوشش امنیتی جامع را تضمین می‌کند.
• تشخیص نفوذ: دوربین‌های یکپارچه با FPGA می‌توانند برای تشخیص نفوذ در مناطق محدود تنظیم شوند. در یک پایگاه نظامی، ماژول دوربین محیط را زیر نظر دارد. FPGA تصاویر را پردازش می‌کند تا هرگونه حرکت غیرعادی، مانند یک نفر که از روی حصار بالا می‌رود، را تشخیص دهد. این می‌تواند بلافاصله یک زنگ خطر را فعال کند و لایه‌ای اضافی از امنیت را فراهم کند.
تصویربرداری پزشکی
• تصویربرداری اندوسکوپی: در اندوسکوپی پزشکی، ماژول‌های دوربین متصل به بردهای FPGA می‌توانند کیفیت تصاویر ضبط شده درون بدن را افزایش دهند. FPGA می‌تواند وظایف پردازش تصویر در زمان واقعی مانند کاهش نویز، افزایش کنتراست و تشخیص لبه را انجام دهد. به عنوان مثال، در یک روش کولونوسکوپی، ماژول دوربین تصاویر پوشش روده بزرگ را ضبط می‌کند. FPGA این تصاویر را پردازش می‌کند تا جزئیات بافت را بیشتر قابل مشاهده کند و به پزشکان کمک می‌کند تا پولیپ‌ها یا سایر ناهنجاری‌ها را با دقت بیشتری تشخیص دهند.
• بهبود تصویر اشعه ایکس: در تصویربرداری اشعه ایکس، ماژول‌های دوربین یکپارچه FPGA می‌توانند برای بهبود کیفیت تصاویر اشعه ایکس استفاده شوند. FPGA می‌تواند داده‌های خام اشعه ایکس که توسط ماژول دوربین ضبط شده‌اند را پردازش کند تا کنتراست بین بافت‌های مختلف را افزایش دهد و تشخیص بیماری‌ها را برای رادیولوژیست‌ها آسان‌تر کند.
آموزش: ادغام ماژول دوربین با برد FPGA
مرحله 1: انتخاب اجزای مناسب
• ماژول دوربین: ماژول‌های دوربین مختلفی در بازار موجود است، مانند ماژول‌هایی که بر اساس رابط MIPI CSI - 2 ساخته شده‌اند. به عنوان مثال، ماژول دوربین ۵ مگاپیکسلی OmniVision OV5640 بسیار محبوب است. هنگام انتخاب ماژول دوربین، عواملی مانند وضوح، نرخ فریم و مصرف انرژی را در نظر بگیرید. برای کاربردهایی که به تصاویر با وضوح بالا در نرخ فریم سریع نیاز دارند، باید ماژولی با سنسور با وضوح بالا و رابط انتقال داده سریع انتخاب شود.
• برد FPGA: بردهای FPGA محبوب مانند Digilent Zybo Z7 یا Terasic DE1 - SoC می‌توانند استفاده شوند. انتخاب برد FPGA به عواملی مانند منابع ورودی/خروجی موجود، قدرت پردازش و اکوسیستم توسعه بستگی دارد. اگر برنامه به تعداد زیادی از وظایف پردازش موازی نیاز دارد، باید بردی با چیپ FPGA قوی‌تر انتخاب شود.
مرحله ۲: اتصال سخت‌افزار
• اتصال ماژول دوربین به برد FPGA: اگر از ماژول دوربین با رابط MIPI CSI - 2 استفاده می‌کنید، ممکن است به یک برد آداپتور مناسب برای اتصال آن به برد FPGA نیاز باشد. به عنوان مثال، آداپتور Digilent FMC - PCAM می‌تواند برای تبدیل از FMC به MIPI CSI - 2 و اتصال ماژول دوربین به برد FPGA با کانکتور FMC استفاده شود. خطوط برق، زمین و داده را طبق دیتاشیت‌های ماژول دوربین و برد آداپتور متصل کنید. اطمینان حاصل کنید که اتصالات محکم هستند تا از هرگونه افت سیگنال یا مشکلات الکتریکی جلوگیری شود.
• ملاحظات تأمین برق: تأمین یک منبع برق پایدار برای هر دو ماژول دوربین و برد FPGA. ماژول دوربین ممکن است به سطح ولتاژ خاصی نیاز داشته باشد، که معمولاً در محدوده 1.8V تا 3.3V است. از یک رگولاتور برق استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که ولتاژ تأمین شده در محدوده قابل قبول است. همچنین، مصرف برق ماژول دوربین و برد FPGA را به طور مشترک در نظر بگیرید تا یک منبع برق مناسب انتخاب کنید.
مرحله ۳: توسعه نرم‌افزار
• نصب ابزارهای لازم: ابزارهای توسعه برای برد FPGA را نصب کنید، مانند Xilinx Vivado برای بردهای FPGA مبتنی بر Xilinx یا Altera Quartus Prime برای بردهای FPGA مبتنی بر Altera. این ابزارها برای طراحی، سنتز و برنامه‌نویسی FPGA استفاده می‌شوند. همچنین، هر درایور یا کتابخانه‌ای که برای ماژول دوربین لازم است را نصب کنید. برخی از ماژول‌های دوربین ممکن است به کتابخانه‌های نرم‌افزاری خاصی برای ارتباط با FPGA نیاز داشته باشند.
• نوشتن کد FPGA: کد Verilog یا VHDL را برای ارتباط با ماژول دوربین بنویسید. کد باید وظایفی مانند راه‌اندازی ماژول دوربین، دریافت داده‌های تصویر و پردازش آن‌ها به‌صورت مورد نیاز را انجام دهد. به عنوان مثال، ممکن است کد نیاز داشته باشد تا رجیسترهای ماژول دوربین را برای تنظیم وضوح، نرخ فریم و سایر پارامترها پیکربندی کند. سپس باید داده‌های تصویر را از طریق رابط MIPI CSI - 2 دریافت کرده و آن را در یک بافر برای پردازش بیشتر ذخیره کند.
• آزمایش ادغام: پس از برنامه‌نویسی برد FPGA، ادغام را با اجرای یک برنامه ساده آزمایش کنید. به عنوان مثال، چند فریم از ماژول دوربین را ضبط کرده و آن‌ها را بر روی یک مانیتور متصل نمایش دهید یا آن‌ها را در یک دستگاه ذخیره‌سازی ذخیره کنید. هرگونه خطا یا مشکل در ضبط و پردازش تصویر را بررسی کنید. اگر مشکلاتی وجود دارد، اتصالات سخت‌افزاری و کد نرم‌افزاری را مرور کنید تا مشکلات را شناسایی و رفع کنید.
ادغام ماژول‌های دوربین با بردهای FPGA یک راه‌حل قدرتمند برای طیف وسیعی از کاربردها ارائه می‌دهد. با پیروی از مراحل توضیح داده شده در این آموزش، توسعه‌دهندگان می‌توانند ساخت سیستم‌های بینایی سفارشی خود را که به نیازهای خاص آن‌ها متناسب است، آغاز کنند.
تماس
اطلاعات خود را وارد کنید و ما با شما تماس خواهیم گرفت.
WhatsApp
WeChat