【正文】 望所指定的功能。除了擁有并行處理能力的優(yōu)勢之外，優(yōu)秀的FPGA設計方案還可以實現(xiàn)處理計算量較大的高端的DSP算法，同時還可以提供可編程邏輯方案所特有的靈活性的特點，以及擁有專用定制的門陣列(如ASIC)解決方案所具有的較高性能和集成度。在Altera庫中，大多數(shù)標準DSP功能都能以可以進行參數(shù)配置的DSP核的形式實現(xiàn)。基于FPGA的算法往往具有專用集成芯片的運算處理速度，可以滿足高速圖像進行處理的需要。由于FPGA系統(tǒng)現(xiàn)場可編程，使檢測系統(tǒng)具有良好的靈活性，滿足不同的檢測需求。當前，F(xiàn)PGA的編程技術日趨發(fā)展成熟，其FPGA算法實現(xiàn)也較為簡單，編程容易，具有很好的可移植性和繼承性的特點。 隨著電子自動化的發(fā)展，以及業(yè)界的積極推動和高質量視頻開發(fā)以及壓縮格式的不斷改進優(yōu)化，對與圖像采集并進行處理系統(tǒng)的運算速度的要求也在不斷提高。由于FPGA工藝的發(fā)展同樣遵循摩爾定律，因此在越來越多的圖像采集和處理系統(tǒng)中，越來越多的FPGA芯片得到廣泛的應用，基于FPGA核心的處理系統(tǒng)以更具吸引力的低成本的優(yōu)勢實現(xiàn)了傳統(tǒng)DSP系統(tǒng)所實現(xiàn)的相同功能以及性能。 因此，結合當前圖像采集處理系統(tǒng)的現(xiàn)狀，針對旋蓋生產過程中檢測過程的特點，我們采用FPGA芯片作為核心器件來代替DSP芯片或者ASIC芯片來實現(xiàn)圖像采集處理以及進行在線檢測，研發(fā)出基于FPGA的旋蓋表面缺陷在線視覺檢測系統(tǒng)。采用FPGA作為核心芯片來搭建系統(tǒng)，使該系統(tǒng)設計具有較大的靈活性，可以為以后進一步實現(xiàn)現(xiàn)場編程更改設計要求，還能使用FPGA實現(xiàn)對外圍邏輯的控制，以提高檢測系統(tǒng)的集成度。 本章小結 本章簡單的介紹了基于FPGA的旋蓋表面缺陷檢測系統(tǒng)的整體構架以及各模塊的一些功能設計要求，并詳細分析比較了當前市場上已經形成檢測能力的集成檢測系統(tǒng)，比較了幾種市場上較為流行的圖像處理系統(tǒng)的核心器件如DSP、ASIC、CPLD等等，詳細分析比較了它們的具體結構和性能。第2章 系統(tǒng)方案設計該系統(tǒng)用于旋冠蓋質量檢測，由瓶蓋傳送帶、光學傳感器、攝像頭、光源、圖像處理卡、計算機組成。攝像頭固定在傳送帶的正上方，光源置于傳送帶的上方，光學傳感器置于攝像頭正下方的傳送帶旁，用于檢測攝像頭正下方是否存在瓶蓋，由光學傳感器的檢測信號觸發(fā)攝像頭采集位于其正下方的傳送帶上的瓶蓋的圖像，所采集的瓶蓋圖像被送入計算機內。具體框架實現(xiàn)如圖21所示。 圖 21 系統(tǒng)總體框架圖系統(tǒng)的運行方式為：首先通過CCD相機采集到需要要檢測的圖像數(shù)據(jù)，經過圖像信號采集卡進行A/D轉換之后通過PCI總線傳輸?shù)絇C機中。PC機通過與FPGA上的進行串口RS232通信協(xié)議從而將所采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽PGA硬件系統(tǒng)的存儲器中，再經過FPGA硬件平臺上的圖像處理算法實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的處理之后，將處理后的數(shù)據(jù)結果通過再串口傳輸?shù)絇C機上。在工業(yè)運用上，可以將圖像采集后得到的圖像數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)剿罱ǖ腇PGA硬件系統(tǒng)上進行圖像數(shù)據(jù)處理。 FPGA硬件結構設計在該系統(tǒng)中，通過編碼器對流水線上的旋蓋進行信號采集，并輸出兩路編碼信號（A,B）給FPGA信號處理卡，信號處理此卡對此兩路編碼信號進行解碼處理，以此得到傳送帶上旋蓋的位置坐標。得到的坐標數(shù)據(jù)利用FIFO技術進行數(shù)據(jù)隊列化處理旋蓋通過FPGA技術進行傳送帶上旋蓋位置坐標的編碼以及解碼，并利用FPGA中的FIFO技術對所采集的旋蓋坐標信號進行隊列化，將處理信號輸出給PC機進行處理，來判斷是否為需要剔除的旋蓋，并反饋信號給FPGA控制剔除裝置對有缺陷旋蓋進行剔除。具體FPGA內部實現(xiàn)框架圖如22所示。 圖22 FPGA硬件模塊內部實現(xiàn)框架圖 編碼模塊實現(xiàn)該系統(tǒng)采用增量式旋轉編碼器來檢測傳輸帶上蓋子的位置，該編碼器通過處理內部接受管轉化其角度碼盤的時序和相位關系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向）。增量式編碼器轉軸旋轉時，有相應的脈沖輸出，其計數(shù)起點可任意設定，進而實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。當檢測需要提高分辯率時，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號來進行倍頻或更換高分辯率編碼器。 如圖23所示。 圖23 編碼原理圖 抗干擾模塊實現(xiàn)本模塊通過徘徊計數(shù)器對輸入信號進行計數(shù)，當計數(shù)超過10次，輸出才變化。輸入信號檢測周期由iClk1控制。該模塊能有效濾除輸入信號中的干擾。該模塊具體通過利用FPGA在信號異步輸入，同步輸出的方法進行了信號的抗干擾擾。 CCD相機的選擇CCD，英文全稱：Chargecoupled Device，即電荷耦合元件，也被稱為CCD圖像傳感器。CCD本身是一種半導體器件，它能夠把光學影像轉化為數(shù)字信號。 CCD上面植入的微小光敏物質被稱作像素（Pixel）。也就是說一塊CCD上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高，圖像的質量也就越高。具體來說，CCD的作用就像相機的膠片一樣，但是，它是把圖像像素轉換為數(shù)字信號。另外，CCD上有許多排列整齊的電容，并且能感應光線，將影像轉變成數(shù)字信號。然后通過外部電路的控制，它的每個小電容都能將其所攜帶的電荷轉移給它相鄰的電容。CCD作為一種光數(shù)轉化的半導體元件，當前在工業(yè)檢測領域，CCD相機得到了廣泛的應用。從結構上劃分，CCD芯片結構分為線陣CCD和面陣CCD。其中面陣CCD主要用作于彩色或者黑白攝像，而線陣CCD在非接觸的光電檢測方面應用的比較廣泛。該系統(tǒng)的圖像采集裝置則是采用了德國Basler公司的線陣CCD相機作為采集光敏器件，如圖24 CCD相機。 圖24 CCD相機現(xiàn)在來具體分析一下該相機如何得到具體參數(shù)信息。當然不同的CCD芯片，其具體芯片規(guī)格的確定以及使用，我們可以從下面的分析中計算出符合使用的CCD的型號和配套的相機鏡頭的焦距。首先，相機的視場(FOV)必須大于或者等于待被測物體或需檢測的物體部位大小。我們假定CCD芯片的像元大小為P(μm)，用R(μm)表示CCD的分辨率，假設CCD芯片的成像部分邊界長是L(mm)，其水平視場為FOV (mm)，系統(tǒng)的放大率是M，對物體的分辨率是R(obj),經過計算可知： CCD的分辨率R為： (式21)； 系統(tǒng)的分辨率M為： (式22)； 對物體的分辨率為： (式23)； 則CCD芯片的長為： (式24)； 光源的選擇CCD相機若能正常工作則需要可靠地光源，所以光源的選擇有很大的影響]，在不同程度的光源下，CCD相機的具體性能是不相同的，因此當我們在作圖像采集的時候，必須要用符合工作要求的光源照射，才能使得CCD相機發(fā)揮最好的性能。在本系統(tǒng)中對瓶蓋進行光照分為兩種，在對瓶蓋的印刷面進行光照的光源為LED環(huán)