傳感器／掃描與計算技術(shù)的發(fā)展正在推進食品加工、制藥與半導(dǎo)體制造等各種行業(yè)的新一代高性能工業(yè)檢查系統(tǒng)的發(fā)展，如后期制造質(zhì)量保證、計量、機器人視覺以及定位等。隨著新一代數(shù)字信號處理器(DSP) 的推出，特別是多核DSP 的推出，開發(fā)人員將擁有高性能、低成本的低功耗備選方案，實現(xiàn)檢查應(yīng)用的實時影像處理實施。
今天，在各種因素推動下，工業(yè)檢查系統(tǒng)需要越來越高的處理性能。提高處理性能的主要原因在于，現(xiàn)代檢查系統(tǒng)不但要運行更加龐大的影像數(shù)據(jù)集，而且還要實時執(zhí)行更為復(fù)雜的算法。往往需要多個高分辨率（百萬像素）和高幀速率(FPS) 攝像機提供大量數(shù)據(jù)流，也就是說更高端的檢查系統(tǒng)可使用多個攝像機來采集完整的3-D 數(shù)據(jù)，使用深度攝像機來捕獲深度外形信息，或通過立體攝像機生成表面輪廓信息。
檢查系統(tǒng)供應(yīng)商通常根據(jù)軟件中，特別是專有算法中實施的特性實現(xiàn)產(chǎn)品差異化，供應(yīng)商往往不能或不希望在多家不同半導(dǎo)體制造商針對機器視覺應(yīng)用開發(fā)的片上系統(tǒng)(SoC) 中使用硬件加速器，因為這樣做不能幫助他們在競爭中實現(xiàn)性能或質(zhì)量的差異化。
下文將重點介紹用于檢查系統(tǒng)的典型影像處理算法以及提供所需處理效率的多核DSP 的特性。
影像處理：
檢查系統(tǒng)的核心是多種不同的影像處理算法。這些算法可分為幾大類，如影像形成算法、影像增強算法、形態(tài)運算、特性提取算法以及特性檢測算法等。
影像增強：是指采用中值濾波器、雙邊濾波器以及柱狀圖等非線性濾波器去除噪聲，增強邊緣與對比度。邊緣通過非強化掩碼或Sobel 濾波等算法加強，Canny邊緣檢測器可用來獲得影像中重要特性的邊緣。
形態(tài)運算：是指使用“結(jié)構(gòu)元素”探詢影像并提供元素結(jié)構(gòu)在影像中實用度結(jié)果的各種非線性運算。這種運算可用于加厚或削薄邊緣，除去大對象中的小對象，連接斷裂的邊緣，消除小洞，并填補小空隙。
大多數(shù)特性提取及檢測程序包括邊緣檢測、線路跟蹤、對象形狀分析、分類算法以及模板匹配等。有時影像可在提取特性之前轉(zhuǎn)為化成不同的域，如傅立葉（Fourier）與小波分析（Wavelet）等。
DSP是強大的處理單元：
影像處理與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)都可通過使用DSP 獲得極大優(yōu)勢。同質(zhì)多核DSP 提供可充分滿足這些計算密集型算法需求的處理性能。
大多數(shù)工業(yè)影像處理子系統(tǒng)都需要內(nèi)核速度(GHz)、每秒百萬指令(MIPS) 、每秒百萬次乘累加(MMAC) 以及每秒十億浮點運算(GFLOP) 的高性能。德州儀器(TI) TMS320C6678等多核處理器支持360GMAC與160GFLOPS，可為要求高動態(tài)范圍的系統(tǒng)帶來使用定浮點指令的高靈活性。為了進一步提高系統(tǒng)性能，多核處理器的架構(gòu)還可通過基于硬件的處理器間通信消除片上數(shù)據(jù)傳輸瓶頸與時延問題。
多層存儲器高速緩存與可用片上隨機存取存儲器(RAM) 容量可大幅提高系統(tǒng)性能。影像尺寸通常遠遠超過可用的片上RAM，因此這些系統(tǒng)不可避免地需要大型外部RAM，這就意味著DSP 需要提供DDR3 等高帶寬外部存儲器接口。共享存儲器架構(gòu)使多核DSP 中的多個內(nèi)核既能在相同影像的不同部分并行運行，也可在影像數(shù)據(jù)相同部分連續(xù)執(zhí)行不同的處理功能。上述功能配合在所有內(nèi)核中共享的智能直接存儲器存取控制器，可在外部存儲器、存儲器映射外設(shè)以及片上存儲器之間進行數(shù)據(jù)傳輸，通過雙緩沖進行計算，提高性能。
有許多選項可用于連接影像子系統(tǒng)與影像處理子系統(tǒng)。系統(tǒng)可能需要一個或多個如CameraLink等模擬或數(shù)字接口。DSP 支持不同高速串行器／解串器接口選擇，可為硬件設(shè)計人員提供連接及FPGA 選項，從而可連接影像采集子系統(tǒng)。例如，TI C6678多核DSP就具有多個這樣的高速接口，如PCIe Gen II、串行RapidIO 2.1(SRIO)、GigE以及TI 名為Hyperlink的50Gbps專利接口等。有時影像通過背板通信結(jié)構(gòu)發(fā)送，這時會使用PCIe和SRIO。
由于工業(yè)檢查系統(tǒng)往往需要高度的可靠性才能在惡劣條件下以最低功耗進行工作，因此多核DSP應(yīng)支持更高的工業(yè)工作溫度等級，才能幫助系統(tǒng)設(shè)計人員設(shè)計這類系統(tǒng)。
下圖1是多核DSP影像處理子系統(tǒng)的示意圖。
圖1：工業(yè)檢查系統(tǒng)方框圖
10多年來，多核DSP在各行業(yè)眾多不同應(yīng)用中充分展示了其價值。多核同質(zhì)DSP 一直都是要求計算密集型信號處理的有限功耗預(yù)算及狹小物理空間應(yīng)用中的理想選擇。最新一代多核DSP 支持優(yōu)異的計算性能、更高的I/O、更大的存儲器容量以及主要硬件集成，可充分滿足高性能工業(yè)檢查領(lǐng)域的需求。在DSP 上使用C 語言等高級語言開發(fā)軟件定義影像系統(tǒng)的便捷性可加速最新創(chuàng)新算法的實施，縮短產(chǎn)品上市時間。
關(guān)于作者
Mukesh Kumar現(xiàn)任德州儀器多核數(shù)字信號處理器團隊市場營銷經(jīng)理。Kumar 曾就讀于約翰·霍普金斯大學(xué)(Johns Hopkins University) 與印度德里的NSIT學(xué)院, ，分別獲電子工程設(shè)計碩士學(xué)位與儀表控制學(xué)士學(xué)位。