Kamera Modullarini FPGA Platalari bilan Integratsiya qilish: Foydalanish Holatlari va Darsliklar

O'zgaruvchan joylarda joylashgan tizimlar va raqamli signalni qayta ishlash sohasida, integratsiya kamera modullariField - Programmable Gate Array (FPGA) taxtilari bilan birga ko'plab qiziqarli imkoniyatlarni ochdi. Ushbu kombinatsiya keng turdagi ilovalar uchun moslashtirilishi mumkin bo'lgan yuqori darajada moslashtirilgan, yuqori samarali ko'rish tizimlarini yaratishga imkon beradi.

Ishlatish holatlari

Robotics

• Ob'ektni aniqlash va navigatsiya: Robototexnika ilovalarida, FPGA bilan integratsiyalangan kameralar ob'ektni aniqlash va navigatsiyada muhim rol o'ynaydi. Masalan, omborlarda inventarizatsiya boshqaruvi uchun ishlatiladigan avtonom mobil robotlarda (AMR) kamera moduli atrof-muhitning tasvirlarini olish uchun ishlatiladi. FPGA, o'zining parallel qayta ishlash imkoniyatlari bilan, bu tasvirlarni tezda tahlil qilib, to'siqlar, javonlar va mahsulotlarni aniqlay oladi. U mahsulotlardagi barkodlarni aniqlay oladi, bu esa robotga narsalarni aniq tanlash va joylashtirish imkonini beradi. FPGA ning real vaqtdagi qayta ishlash quvvati robotning atrof-muhitdagi o'zgarishlarga tezda javob berishini ta'minlaydi, bu esa navigatsiya jarayonini silliq va samarali qiladi.

• Gestlarni tanish: Inson - robot o'zaro ta'siri uchun, kameralar va FPGA'lar gestlarni tanish uchun ishlatilishi mumkin. Qariyalarga yordam beruvchi xizmat robotida, kamera moduli foydalanuvchining gestlarini qayd etadi. FPGA bu tasvirlarni real vaqtda qayta ishlaydi, gestlarni robot uchun buyruqlarga aylantiradi. Masalan, qo'lni oddiy silkitish robotning foydalanuvchiga yaqinlashishi uchun signal sifatida tanilishi mumkin.

Kuzatuv va Xavfsizlik

• Video Analytics: Kuzatuv tizimlarida, FPGA - integratsiyalangan kamera modullari ilg'or video tahlil uchun ishlatiladi. Ular yuzni tanish, davlat raqamini tanish va harakatni aniqlash kabi vazifalarni bajarishi mumkin. Shahar markazini qamrab olgan katta miqyosdagi kuzatuv tarmog'ida, kamera modullari video oqimlarini yozib oladi. Har bir platalardagi FPGA video oqimini real vaqtda tahlil qiladi, shubhali faoliyatlarni, masalan, o'z joyida turish yoki ruxsatsiz kirishni aniqlaydi. Yuzni tanish, shaxslarning yuzlarini tanilgan jinoyatchilar yoki yo'qolgan shaxslar ma'lumotlar bazasi bilan solishtirish uchun ishlatilishi mumkin. FPGA ning yuqori tezlikda ishlov berishi bir vaqtning o'zida bir nechta video oqimlarini tahlil qilish imkonini beradi, bu esa keng qamrovli xavfsizlikni ta'minlaydi.

• Tashqi kirishlarni aniqlash: FPGA'lar bilan integratsiyalangan kameralar cheklangan hududlarda kirishlarni aniqlash uchun o'rnatilishi mumkin. Harbiy bazada kamera moduli atrofni kuzatadi. FPGA tasvirlarni qayta ishlaydi va har qanday g'ayrioddiy harakatlarni, masalan, biror kishining to'siqdan o'tishini aniqlaydi. Bu darhol signalni ishga tushirishi mumkin, qo'shimcha xavfsizlik qatlamini taqdim etadi.

Tibbiy tasvirlash

• Endoskopik tasvirlash: Tibbiy endoskopiyada, FPGA platalariga ulangan kamera modullari tanadagi tasvirlarning sifatini oshirishga yordam beradi. FPGA shovqin kamaytirish, kontrastni oshirish va chekka aniqlash kabi real vaqtli tasvirni qayta ishlash vazifalarini bajarishi mumkin. Masalan, kolonoskopya jarayonida kamera moduli kolon ichki qavatining tasvirlarini oladi. FPGA bu tasvirlarni qayta ishlaydi, to'qimalarning tafsilotlarini ko'proq ko'rinadigan qiladi, shifokorlarga poliplar yoki boshqa anomaliyalarni aniqroq aniqlashga yordam beradi.

• X - Ray Image Enhancement: X - ray tasvirlashda, FPGA - integratsiyalangan kamera modullari X - ray tasvirlarining sifatini oshirish uchun ishlatilishi mumkin. FPGA kamera modulidan olingan xom X - ray ma'lumotlarini qayta ishlash orqali turli to'qimalar o'rtasidagi kontrastni oshiradi, bu esa radiologlarga kasalliklarni aniqlashni osonlashtiradi.

Tutorial: FPGA taxtasi bilan Kamera Modulini Integratsiya qilish

1-qadam: To'g'ri komponentlarni tanlash

• Kamera Moduli: Bozorda turli kamera modullari mavjud, masalan, MIPI CSI - 2 interfeysiga asoslanganlar. Misol uchun, OmniVision OV5640 mashhur 5 - megapikselli kamera modulidir. Kamera modulini tanlashda, yechim, kadr tezligi va energiya iste'moli kabi omillarni hisobga oling. Yuqori aniqlikdagi tasvirlarni tez kadr tezligida talab qiladigan ilovalar uchun yuqori aniqlikdagi sensor va tez ma'lumot uzatish interfeysiga ega modul tanlanishi kerak.

• FPGA Board: Mashhur FPGA taxtalari, masalan, Digilent Zybo Z7 yoki Terasic DE1 - SoC ishlatilishi mumkin. FPGA taxtasini tanlash mavjud I/O resurslari, ishlov berish quvvati va rivojlanish ekotizimiga bog'liq. Agar ilova ko'p sonli parallel ishlov berish vazifalarini talab qilsa, kuchliroq FPGA chipiga ega taxta tanlanishi kerak.

Qadam 2: Qayta ulanish

• Kamerani FPGA taxtasiga ulash: Agar MIPI CSI - 2 interfeysi bilan kamerani moduli ishlatilsa, uni FPGA taxtasiga ulash uchun mos adapter taxtasi kerak bo'lishi mumkin. Masalan, Digilent FMC - PCAM adapteri FMC dan MIPI CSI - 2 ga o'tkazish va kamerani FMC ulanishi bo'lgan FPGA taxtasiga ulash uchun ishlatilishi mumkin. Kamerani moduli va adapter taxtasining ma'lumotnomalariga muvofiq quvvat, yer va ma'lumot liniyalarini ulash. Har qanday signal yo'qotish yoki elektr muammolarini oldini olish uchun ulanishlarning xavfsizligini ta'minlang.

• Quvvat ta'minoti haqida o'ylash: Kamera moduliga va FPGA taxtasiga barqaror quvvat ta'minotini ta'minlang. Kamera moduli ma'lum bir voltaj darajasini talab qilishi mumkin, odatda 1.8V dan 3.3V gacha. Ta'minlangan voltajning qabul qilinadigan diapazonda ekanligini ta'minlash uchun quvvat regulyatoridan foydalaning. Shuningdek, kamera moduli va FPGA taxtasining quvvat iste'molini birgalikda hisobga olib, mos quvvat manbasini tanlang.

Qadam 3: Dasturiy ta'minot ishlab chiqish

• Zaruriy vositalarni o'rnatish: FPGA taxtasi uchun rivojlantirish vositalarini o'rnating, masalan, Xilinx asosidagi FPGA taxtalari uchun Xilinx Vivado yoki Altera asosidagi FPGA taxtalari uchun Altera Quartus Prime. Ushbu vositalar FPGA ni loyihalash, sintez qilish va dasturlash uchun ishlatiladi. Shuningdek, kamera moduliga kerak bo'lgan har qanday drayverlar yoki kutubxonalarni o'rnating. Ba'zi kamera modullari FPGA bilan interfeys qilish uchun maxsus dasturiy ta'minot kutubxonalarini talab qilishi mumkin.

• FPGA kodini yozish: Kamera moduliga interfeys qilish uchun Verilog yoki VHDL kodini yozing. Kod kamera modulini ishga tushirish, tasvir ma'lumotlarini qabul qilish va kerakli tarzda qayta ishlash kabi vazifalarni bajarishi kerak. Masalan, kod kamera modulining registrlarini konfiguratsiya qilib, yechim, kadr tezligi va boshqa parametrlarni o'rnatishi kerak. Keyin u MIPI CSI - 2 interfeysi orqali tasvir ma'lumotlarini qabul qilib, keyingi qayta ishlash uchun buferda saqlashi kerak.

• Integratsiyani sinash: FPGA taxtasini dasturlashdan so'ng, oddiy ilovani ishga tushirish orqali integratsiyani sinang. Masalan, kamera modulidan bir necha ramkalarni oling va ularni ulanish monitorida ko'rsating yoki saqlash qurilmasiga saqlang. Rasmni olish va qayta ishlashda har qanday xatolar yoki muammolarni tekshiring. Agar muammolar bo'lsa, apparat ulanishlarini va dastur kodini ko'rib chiqing va muammolarni aniqlang va tuzating.

Kamera modullarini FPGA platalari bilan birlashtirish keng ko'lamli ilovalar uchun kuchli yechimni taklif etadi. Ushbu qo'llanmada keltirilgan qadamlarni bajarish orqali dasturchilar o'zlarining maxsus ehtiyojlariga moslashtirilgan ko'rish tizimlarini qurishni boshlashlari mumkin.