机器视觉在工业市场的应用及双目图像采集处理实例

机器视觉究竟指什么？简而言之，这是一项深度融合了图像处理、机械工程、光学成像、传感器技术以及计算机软硬件等多个领域的综合性技术。一套典型的机器视觉应用系统，通常由图像采集、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能决策判断模块以及机械控制执行模块等部分构成。

机器视觉在工业市场的应用

用机器视觉替代人工，其最大优势在于能够同步提升生产效率与产品质量。正因如此，该技术被广泛应用于工业检测（如机械零部件的尺寸与位置测量）、机器人视觉、人脸识别、车牌识别、自动光学检测、无人驾驶汽车、目标追踪与定位等众多场景。

如何实现机器视觉

一套完整的工业机器视觉系统，硬件组成通常包括：光源、镜头（定焦、变倍、远心、显微等类型）、相机（CCD或CMOS）、图像处理单元（也称为图像采集卡）、图像处理软件、显示器，以及通讯/输入输出单元等。

这里需要特别说明图像处理单元，也就是图像采集卡。尽管它只是整个系统中的一个组件，但扮演着至关重要的角色——它直接决定了摄像头的接口类型（黑白、彩色、模拟、数字）、图像处理方式以及最终的图像输出格式。

工业机器视觉——双目图像采集处理实例

下面我们通过一个具体的双目图像采集处理实例，详细展示硬件平台如何支撑机器视觉功能的实现。

一、实例功能

本实例的核心功能是：利用Video In to AXI4-Stream IP核，将两路摄像头（640×480@70）采集的视频数据，通过VDMA缓存至PS端的DDR内存中，再借助OSD IP核将两路图像叠加到1080P60的视频画面，最后通过VGA接口输出显示。

二、原理框图

三、实例说明

本实例采用BlockDesign设计方法，主要包含以下几个核心环节：

1）摄像头视频采集
视频采集环节使用Video In to AXI4-Stream IP核。在本例程中，该IP核配置为Mono/Sensor模式，每时钟周期处理1个像素（1 pixels per clk），每个色彩数据位宽为8bits。我们采用了两个此类IP核，分别采集两路摄像头的图像，具体配置如下：

2）视频数据传输缓存
视频数据传输缓存环节采用VDMA（AXI Video Direct Memory Access）IP核。其工作原理较为直观：S2MM通道将视频流数据写入DDR内存进行缓存，而MM2S通道则从DDR中读取图像数据。本例程使用两个VDMA核，每个核配置了4个帧缓冲（framebuffer），数据流宽度为8bits。

3）视频拼接控制
视频拼接控制环节由OSD（Video On Screen Display）IP核实现。该OSD配置了AXI4-Lite接口，通过配置寄存器可以设定输出分辨率（本实例为1080P）、叠加图层数量（两个640×480的图层）以及各图层显示位置。不过本例中并未实际使用AXI4-Lite接口。

4）视频显示输出（VGA）
最后是视频显示输出（VGA）环节，采用AXI-Stream to Video Out IP核。其视频格式配置为RGB，每时钟周期输出1个像素，每个色彩数据位宽为8bits。

四、硬件连接

五、运行效果

用户完全可以在这一套框架的基础上，根据自己的实际需求，对视频图像进行更丰富的配置与处理。例如，通过加入边缘检测算法，即可将其应用于双目立体视觉、虚拟现实等更先进的场景。

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