Polski
Integracja modułów kamer z płytami FPGA: przypadki użycia i samouczki
Utworzono 07.25
W ciągle ewoluującym krajobrazie systemów wbudowanych i przetwarzania sygnałów cyfrowych, integracja moduły kameryz płytkami Field - Programmable Gate Array (FPGA) otworzyło to wiele ekscytujących możliwości. Ta kombinacja pozwala na tworzenie wysoko dostosowanych, wysokowydajnych systemów wizyjnych, które można dostosować do szerokiego zakresu zastosowań.
Use Cases
Robótica
• Wykrywanie obiektów i nawigacja: W zastosowaniach robotycznych kamery zintegrowane z FPGA odgrywają kluczową rolę w wykrywaniu obiektów i nawigacji. Na przykład w autonomicznych robotach mobilnych (AMR) używanych w magazynach do zarządzania zapasami moduł kamery rejestruje obrazy otoczenia. FPGA, dzięki swoim możliwościom przetwarzania równoległego, może szybko analizować te obrazy, aby wykrywać przeszkody, regały i produkty. Może identyfikować kod kreskowy na produktach, co umożliwia robotowi dokładne podnoszenie i umieszczanie przedmiotów. Moc przetwarzania w czasie rzeczywistym FPGA zapewnia, że robot może szybko reagować na zmiany w swoim otoczeniu, co sprawia, że proces nawigacji jest płynny i efektywny.
• Rozpoznawanie gestów: W interakcji człowiek - robot, kamery i FPGA mogą być używane do rozpoznawania gestów. W robocie serwisowym wspierającym osoby starsze, moduł kamery rejestruje gesty użytkownika. FPGA przetwarza te obrazy w czasie rzeczywistym, tłumacząc gesty na polecenia dla robota. Na przykład, prosty machnięcie ręką może być rozpoznane jako sygnał dla robota, aby zbliżyć się do użytkownika.
Nadzór i bezpieczeństwo
• Analiza wideo: W systemach monitoringu moduły kamer zintegrowane z FPGA są używane do zaawansowanej analizy wideo. Mogą wykonywać zadania takie jak rozpoznawanie twarzy, rozpoznawanie tablic rejestracyjnych i wykrywanie ruchu. W dużej sieci monitoringu obejmującej centrum miasta moduły kamer rejestrują transmisje wideo. FPGA na każdej płycie analizuje wideo w czasie rzeczywistym, identyfikując podejrzane działania, takie jak włóczęgostwo czy nieautoryzowany dostęp. Rozpoznawanie twarzy może być używane do porównywania twarzy osób z bazą danych znanych przestępców lub zaginionych osób. Wysoka prędkość przetwarzania FPGA umożliwia analizę wielu strumieni wideo jednocześnie, zapewniając kompleksowe pokrycie bezpieczeństwa.
• Wykrywanie intruzji: Kamery zintegrowane z FPGA mogą być skonfigurowane do wykrywania intruzji w obszarach ograniczonych. Na bazie wojskowej moduł kamery monitoruje obwód. FPGA przetwarza obrazy, aby wykryć wszelkie nietypowe ruchy, takie jak osoba wspinająca się przez ogrodzenie. Może natychmiast uruchomić alarm, zapewniając dodatkową warstwę bezpieczeństwa.
Medicina Obrazowanie
• Endoskopowa obrazowanie: W endoskopii medycznej moduły kamer podłączone do płyt FPGA mogą poprawić jakość obrazów rejestrowanych wewnątrz ciała. FPGA może wykonywać zadania przetwarzania obrazów w czasie rzeczywistym, takie jak redukcja szumów, poprawa kontrastu i detekcja krawędzi. Na przykład, w procedurze kolonoskopia, moduł kamery rejestruje obrazy błony jelita grubego. FPGA przetwarza te obrazy, aby uczynić szczegóły tkanki bardziej widocznymi, co pomaga lekarzom w dokładniejszym wykrywaniu polipów lub innych nieprawidłowości.
• X - Ray Image Enhancement: W obrazowaniu rentgenowskim moduły kamer zintegrowane z FPGA mogą być używane do poprawy jakości obrazów rentgenowskich. FPGA może przetwarzać surowe dane rentgenowskie uchwycone przez moduł kamery, aby poprawić kontrast między różnymi tkankami, co ułatwia radiologom diagnozowanie chorób.
Tutorial: Integracja modułu kamery z płytą FPGA
Step 1: Wybór odpowiednich komponentów
• Moduł kamery: Na rynku dostępne są różne moduły kamer, takie jak te oparte na interfejsie MIPI CSI - 2. Na przykład, OmniVision OV5640 to popularny moduł kamery o rozdzielczości 5 megapikseli. Wybierając moduł kamery, należy wziąć pod uwagę takie czynniki jak rozdzielczość, liczba klatek na sekundę i zużycie energii. W przypadku aplikacji, które wymagają obrazów w wysokiej rozdzielczości przy szybkim tempie klatek, należy wybrać moduł z czujnikiem o wysokiej rozdzielczości i szybkim interfejsem transferu danych.
• FPGA Płyta: Popularne płyty FPGA, takie jak Digilent Zybo Z7 lub Terasic DE1 - SoC, mogą być używane. Wybór płyty FPGA zależy od takich czynników, jak dostępne zasoby I/O, moc obliczeniowa i ekosystem rozwoju. Jeśli aplikacja wymaga dużej liczby równoległych zadań przetwarzania, należy wybrać płytę z bardziej wydajnym chipem FPGA.
Step 2: Połączenie sprzętowe
• Podłączenie modułu kamery do płyty FPGA: Jeśli używasz modułu kamery z interfejsem MIPI CSI - 2, może być wymagany odpowiedni adapter, aby połączyć go z płytą FPGA. Na przykład, adapter Digilent FMC - PCAM może być użyty do konwersji z FMC na MIPI CSI - 2 i połączenia modułu kamery z płytą FPGA z złączem FMC. Podłącz zasilanie, masę i linie danych zgodnie z kartami katalogowymi modułu kamery i płyty adaptera. Upewnij się, że połączenia są pewne, aby uniknąć utraty sygnału lub problemów elektrycznych.
• Rozważania dotyczące zasilania: Zapewnij stabilne zasilanie zarówno dla modułu kamery, jak i dla płyty FPGA. Moduł kamery może wymagać określonego poziomu napięcia, zazwyczaj w zakresie od 1,8V do 3,3V. Użyj regulatora napięcia, aby upewnić się, że dostarczane napięcie mieści się w akceptowalnym zakresie. Ponadto rozważ zużycie energii przez moduł kamery i płytę FPGA razem, aby wybrać odpowiednie źródło zasilania.
Step 3: Rozwój oprogramowania
• Instalacja niezbędnych narzędzi: Zainstaluj narzędzia deweloperskie dla płyty FPGA, takie jak Xilinx Vivado dla płyt FPGA opartych na Xilinx lub Altera Quartus Prime dla płyt FPGA opartych na Altera. Narzędzia te służą do projektowania, syntezowania i programowania FPGA. Zainstaluj również wszelkie sterowniki lub biblioteki wymagane dla modułu kamery. Niektóre moduły kamer mogą wymagać specyficznych bibliotek oprogramowania do interfejsu z FPGA.
• Pisanie kodu FPGA: Napisz kod Verilog lub VHDL do interfejsu z modułem kamery. Kod powinien obsługiwać zadania takie jak inicjalizacja modułu kamery, odbieranie danych obrazowych i przetwarzanie ich zgodnie z wymaganiami. Na przykład kod może wymagać skonfigurowania rejestrów modułu kamery w celu ustawienia rozdzielczości, liczby klatek na sekundę i innych parametrów. Następnie powinien odbierać dane obrazowe przez interfejs MIPI CSI - 2 i przechowywać je w buforze do dalszego przetwarzania.
• Testowanie integracji: Po zaprogramowaniu płyty FPGA przetestuj integrację, uruchamiając prostą aplikację. Na przykład, uchwyć kilka klatek z modułu kamery i wyświetl je na podłączonym monitorze lub zapisz je na urządzeniu pamięci. Sprawdź, czy występują jakiekolwiek błędy lub problemy w przechwytywaniu i przetwarzaniu obrazu. Jeśli wystąpią problemy, sprawdź połączenia sprzętowe i kod oprogramowania, aby zidentyfikować i naprawić problemy.
Integracja modułów kamer z płytami FPGA oferuje potężne rozwiązanie dla szerokiego zakresu zastosowań. Postępując zgodnie z krokami opisanymi w tym samouczku, deweloperzy mogą zacząć budować własne niestandardowe systemy wizyjne dostosowane do ich specyficznych potrzeb.
Kontakt
Podaj swoje informacje, a skontaktujemy się z Tobą.
WhatsApp
WeChat