專利名稱：基于fpga的音膜同心度在線實時檢測系統(tǒng)及檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及嵌入式機器視覺領域，特別是一種包括光學成像、視頻處理、數(shù)字圖像處理和現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,簡稱FPGA)技術的基于FPGA 的音膜同心度在線實時檢測系統(tǒng)及檢測方法，屬于音膜同心度在線實時檢測系統(tǒng)及檢測方法的改造技術。
背景技術：
21世紀，人類進入信息時代。信息傳播離不開“視”和“聽”，“聽”就離不開電聲器件。隨著視聽時代的到來，電聲器件代表的音頻工業(yè)是與視頻工業(yè)同等重要的信息終端，其應用領域迅速拓寬，移動通信、家庭影院、AV環(huán)繞聲系統(tǒng)、影音組合、多媒體、視聽綜合終端、 信息高速公路等，均離不開電聲器件。由于近些年來家庭音響設備的需求大幅增長，以及汽車工業(yè)的發(fā)展附帶車載音響的需求量大增，還有各種小型的音響設備，如隨身聽、移動電話 (手機)等等產(chǎn)品設備的需求不斷增加，市場廣闊，需求量大。因此，其產(chǎn)品的生產(chǎn)加工及其檢測就成為了市場競爭中的一大因素。
目前，國內(nèi)對音膜音質(zhì)機器視覺檢測系統(tǒng)的研究甚少，雖然已經(jīng)有人提出了一種基于機器視覺的微型音膜同心度在線檢測系統(tǒng)，可以無直接接觸和較高速的對音膜音質(zhì)進行檢測，但該檢測方法是基于傳統(tǒng)的PC機器視覺系統(tǒng)，其造價成本比較昂貴，功耗大，體積龐大，不易安裝到有體積要求的特定場合中，為降低成本、體積和功耗，這里采用了一種基于FPGA的音膜同心度在線實時檢測方法，實現(xiàn)了低成本低功耗小體積高速實時在線的音膜同心度檢測。為高速嵌入式機器視覺系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了重要的關鍵技術。
隨著國家產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的需要，機器視覺在工業(yè)領域應用的不斷擴寬，高性能、小型化、低功耗、高速度成為其面臨的主要問題，采用FPGA來實現(xiàn)實時圖像采集、處理和顯示系統(tǒng)不僅減小了系統(tǒng)的體積和功耗，還使嵌入式機器視覺系統(tǒng)設計進入了嶄新的SOPC時代，把圖像檢測系統(tǒng)的發(fā)展引入了更新的領域。在廣東省現(xiàn)行重點發(fā)展先進制造與制備的新形勢下，珠三角制造業(yè)的發(fā)展，尤其需要該項共性技術來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種低成本、低功耗、高速實時在線的基于FPGA的音膜同心度在線實時檢測系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種方便實用的基于FPGA的音膜同心度在線實時檢測方法。
本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)，包括有 CCD攝像頭、視頻解碼芯片、接口模塊、視頻數(shù)字圖像采集模塊、視頻數(shù)字圖像預處理模塊、 實時檢測產(chǎn)品到位模塊、存儲器接口模塊、音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊、圖像分析處理模塊、 VGA接口模塊、視頻D/A芯片、VGA接口顯示器，其中CXD攝像頭的信號輸出端通過視頻解碼芯片與視頻數(shù)字圖像采集模塊的信號輸入端連接，視頻數(shù)字圖像采集模塊的信號輸出端與視頻數(shù)字圖像預處理模塊的信號輸入端連接，視頻數(shù)字圖像預處理模塊的信號輸出端與實時檢測產(chǎn)品到位模塊的信號輸入端連接，實時檢測產(chǎn)品到位模塊的信號輸出端分別通過存儲器接口模塊與音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊的信號輸入端連接及與視頻D/A芯片連接，視頻 D/A芯片與VGA接口顯示器連接，音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊的信號輸出端與圖像分析處理模塊的信號輸入端連接。
上述視頻解碼芯片還連接有設置視頻解碼芯片的工作模式的接口模塊。
上述接口模塊為I2C接口模塊。
上述存儲器接口模塊還連接有外部同步動態(tài)隨機存儲器。
本發(fā)明基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括如下步驟 OCCD攝像頭拍攝清晰的顯示音膜內(nèi)外圓輪廓的圖像；2)CCD攝像頭的信號輸出端接到視頻解碼芯片進行視頻解碼，輸出亮度-色度信號，視頻數(shù)字圖像采集模塊通過視頻解碼芯片實時采集CCD攝像頭獲得的視頻數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；3)視頻數(shù)字圖像采集模塊采集的信號輸入至視頻數(shù)字圖像預處理模塊，得到音膜的二值化黑白圖像；4)實時檢測產(chǎn)品到位模塊據(jù)視頻數(shù)字圖像預處理模塊處理得到的音膜二值化黑白圖像進行實時判斷音膜產(chǎn)品是否到位，若到位，便把當前一幀圖像通過存儲器接口模塊輸出至音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊，音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊對音膜的內(nèi)外圓邊緣進行提取，并將結(jié)果輸出至圖像分析處理模塊，圖像分析處理模塊計算出同心度；同時，視頻數(shù)字圖像預處理模塊通過VGA接口模塊把處理信息輸出到視頻D/A芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，視頻D/A芯片將最終結(jié)果輸出到VGA接口顯示器。
上述步驟4)實時檢測產(chǎn)品到位模塊根據(jù)視頻數(shù)字圖像預處理模塊處理得到的音膜二值化黑白圖像進行實時判斷音膜產(chǎn)品是否到位，若到位，還通過存儲器接口模塊對已經(jīng)到位的一幀數(shù)字圖像數(shù)據(jù)儲存到外部同步動態(tài)隨機存儲器中。
上述步驟3)音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊使用提升小波變換對音膜的內(nèi)外圓邊緣進行提取.上述步驟1)通過接口模塊設置視頻解碼芯片的工作模式。
上述音膜為黑底塑膠、銅圓心線圈的直徑小于30mm的小型音膜。
上述視頻數(shù)字圖像采集模塊將亮度-色度422格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為亮度-色度 444格式視頻數(shù)據(jù)，并且只輸出明亮度Y信號，即輸出音膜圖像的灰度圖像；上述實時檢測產(chǎn)品到位模塊使用了視頻處理技術，根據(jù)x，y軸的坐標，通過檢測視頻圖像中每一幀圖像音膜像素到達某個y軸坐標YO的位置的個數(shù)，判斷當前這幀圖像是否為合適的音膜圖像，這時的音膜、環(huán)形光源和攝像頭的中心必須是近似同軸的；上述y軸坐標YO的設置值與流水線的傳輸速度有關，需要通過計算或是實驗確定其值大?。簧鲜龃鎯ζ鹘涌谀K中采用了 4端口的乒乓操作方法，同步動態(tài)隨機存儲器的每一個存儲地址一一對應于一幀圖像上的χ，y軸坐標值；上述音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊中的提升小波變換中，由于音膜圖像的邊界不包含音膜檢測的有用信息，因此不對音膜圖像的邊界，即圖像的第一行，最后一行，第一列，最后一列進行提升小波變換，保持原有數(shù)值，這樣便不需要對音膜圖像進行邊界擴展；上述χ，y軸像素投影直方圖統(tǒng)計圖像分析處理模塊中根據(jù)圓形圖像像素在χ，y軸上的投影直方圖成兩邊像素多，中間像素少并且均衡的規(guī)律和特征，對音膜圖像進行圓檢測； 上述在對音膜圖像進行內(nèi)外圓圓心和半徑求取時，采用了分步提取內(nèi)外圓參數(shù)的方法。
本發(fā)明由于采用包括視頻數(shù)字圖像采集模塊、視頻數(shù)字圖像預處理模塊、實時檢測產(chǎn)品到位模塊、存儲器接口模塊、音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊、求同心度模塊、VGA接口模塊的結(jié)構，分別完成了音膜數(shù)字圖像的采集，流水線上音膜到位判斷，音膜內(nèi)外圓邊緣檢測， 音膜同心度計算和結(jié)果顯示等音膜同心度檢測的整個過程。該方法具有成本低、速度快、體積小、功耗小等優(yōu)點。實驗結(jié)果表明，該方法可以達到2個/s的音膜同心度的檢測速度。本發(fā)明是一種設計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的基于FPGA的音膜同心度在線實時檢測系統(tǒng)及檢測方法。


圖1為本發(fā)明音膜內(nèi)外圓的示意圖； 圖2為本發(fā)明FPGA實現(xiàn)的總框架圖；圖3為本發(fā)明SDRAM接口的示意圖； 圖4為本發(fā)明X軸像素投影直方圖統(tǒng)計圖； 圖5為本發(fā)明Y軸像素投影直方圖統(tǒng)計圖； 圖6為本發(fā)明提升小波變換的分解圖； 圖7為本發(fā)明提升小波變換的重構圖。
具體實施方式
實施例本發(fā)明的結(jié)構示意圖如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)，包括有CCD攝像頭1、視頻解碼芯片2、接口模塊3、視頻數(shù)字圖像采集模塊4、視頻數(shù)字圖像預處理模塊5、實時檢測產(chǎn)品到位模塊6、存儲器接口模塊7、音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊 8、圖像分析處理模塊9、VGA接口模塊10、視頻D/A芯片11、VGA接口顯示器12，其中C⑶攝像頭1的信號輸出端通過視頻解碼芯片2與視頻數(shù)字圖像采集模塊4的信號輸入端連接， 視頻數(shù)字圖像采集模塊4的信號輸出端與視頻數(shù)字圖像預處理模塊5的信號輸入端連接， 視頻數(shù)字圖像預處理模塊5的信號輸出端與實時檢測產(chǎn)品到位模塊6的信號輸入端連接， 實時檢測產(chǎn)品到位模塊6的信號輸出端分別通過存儲器接口模塊7與音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8的信號輸入端連接及與視頻D/A芯片11連接，視頻D/A芯片11與VGA接口顯示器 12連接，音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8的信號輸出端與圖像分析處理模塊9的信號輸入端連接。
上述視頻解碼芯片2還連接有設置視頻解碼芯片2的工作模式的接口模塊3。
上述接口模塊3為12C接口模塊。
上述存儲器接口模塊7還連接有外部同步動態(tài)隨機存儲器13。
本發(fā)明基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括如下步驟 1) CCD攝像頭1拍攝清晰的顯示音膜內(nèi)外圓輪廓的圖像；2)CCD攝像頭1的信號輸出端接到視頻解碼芯片2進行視頻解碼，輸出亮度-色度視頻信號，視頻數(shù)字圖像采集模塊4通過視頻解碼芯片2實時采集CCD攝像頭1獲得的視頻數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；3)視頻數(shù)字圖像采集模塊4采集的信號輸入至視頻數(shù)字圖像預處理模塊5，得到音膜的二值化黑白圖像；4)實時檢測產(chǎn)品到位模塊6根據(jù)視頻數(shù)字圖像預處理模塊5處理得到的音膜二值化黑白圖像進行實時判斷音膜產(chǎn)品是否到位，若到位，便把當前一幀圖像通過存儲器接口模塊7 輸出至音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8，音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8對音膜的內(nèi)外圓邊緣進行提取，并將結(jié)果輸出至圖像分析處理模塊9，圖像分析處理模塊9計算出同心度；同時，視頻數(shù)字圖像預處理模塊5通過VGA接口模塊10把處理信息輸出到視頻D/A芯片11進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，視頻D/A芯片11將最終結(jié)果輸出到VGA接口顯示器12。
上述步驟4)實時檢測產(chǎn)品到位模塊6根據(jù)視頻數(shù)字圖像預處理模塊5處理得到的音膜二值化黑白圖像進行實時判斷音膜產(chǎn)品是否到位，若到位，還通過存儲器接口模塊7 對已經(jīng)到位的一幀數(shù)字圖像數(shù)據(jù)儲存到外部同步動態(tài)隨機存儲器13中。
上述步驟3)音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8使用提升小波變換對音膜的內(nèi)外圓邊緣進行提取.上述步驟1)通過接口模塊3設置視頻解碼芯片2的工作模式。
本實施例中，上述音膜為黑底塑膠、銅圓心線圈的直徑小于30mm的小型音膜。
本實施例中，上述視頻數(shù)字圖像采集模塊4將亮度-色度422格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為亮度-色度444格式視頻數(shù)據(jù)，并且只輸出明亮度Y信號，即輸出音膜圖像的灰度圖像；上述實時檢測產(chǎn)品到位模塊6使用了視頻處理技術，根據(jù)X，y軸的坐標，通過檢測視頻圖像中每一幀圖像音膜像素到達某個y軸坐標YO的位置的個數(shù)，判斷當前這幀圖像是否為合適的音膜圖像，這時的音膜、環(huán)形光源和攝像頭的中心必須是近似同軸的；本實施例中，上述y軸坐標YO的設置值與流水線的傳輸速度有關，需要通過計算或是實驗確定其值大?。簧鲜龃鎯ζ鹘涌谀K7中采用了 4端口的乒乓操作方法，同步動態(tài)隨機存儲器13的每一個存儲地址一一對應于一幀圖像上的χ，y軸坐標值；上述音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8中的提升小波變換中，由于音膜圖像的邊界不包含音膜檢測的有用信息，因此不對音膜圖像的邊界，即圖像的第一行，最后一行，第一列，最后一列進行提升小波變換，保持原有數(shù)值，這樣便不需要對音膜圖像進行邊界擴展；上述χ，y軸像素投影直方圖統(tǒng)計的圖像分析處理模塊9中根據(jù)圓形圖像像素在χ，y軸上的投影直方圖成兩邊像素多，中間像素少并且均衡的規(guī)律和特征，對音膜圖像進行圓檢測；上述在對音膜圖像進行內(nèi)外圓圓心和半徑求取時，采用了分步提取內(nèi)外圓參數(shù)的方法。
本發(fā)明的具體工作過程如下首先，由CCD攝像頭1、LED環(huán)形光源構成一個光學成像子系統(tǒng)，其主要目的是為了采集到內(nèi)外圓輪廓清晰的高質(zhì)量音膜數(shù)字圖像，并將圖像輸送到FPGA中的視頻數(shù)字圖像采集模塊3中。采集到的音膜圖像示意圖如圖1所示。
圖像采集步驟如下(1)CXD攝像頭1、LED環(huán)形光源要同軸對齊；(2)FPGA的I2C接口模塊3與視頻解碼芯片2通信，設置視頻解碼芯片2的解碼模式；(3)視頻解碼芯片2輸出的視頻圖像信號送FPGA的視頻數(shù)字圖像采集模塊4進行處理。
其中，視頻解碼芯片2的作用是完成模擬視頻信號的解碼任務，將PAL制式的模擬信號轉(zhuǎn)化為符合ITU-R656標準的亮度-色度信號。視頻數(shù)字圖像采集模塊4的作用有將亮度-色度422格式的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為亮度-色度444格式的視頻數(shù)據(jù)，其中Y表示明亮度，也就是灰階值，Cb, Cr表示色度，Y、Cb、Cr都為Sbit的數(shù)據(jù)。視頻數(shù)字圖像采集模塊4 同時產(chǎn)生對應圖像像素的圖像坐標軸(x，y軸坐標)，實際上x，y軸坐標系為FPGA中的兩個計數(shù)器，記錄當前像素點在整幅圖像中的位置。設計的重點是x，y軸坐標和像素點灰度數(shù)值的時序要嚴格對齊。
視頻數(shù)字圖像采集模塊4輸出的數(shù)字圖像信號需要經(jīng)過若干個圖像處理算法的處理過程，才能提取出圖像的特征，獲得用戶所需要的信息。視頻數(shù)字圖像預處理模塊5是將由視頻數(shù)字圖像采集模塊4輸送來的視頻數(shù)字圖像數(shù)據(jù)亮度-色度444視頻信號進行處理，這時只接收亮度-色度視頻信號中的明亮度Y的數(shù)據(jù)，相當于接收了音膜的灰度圖像。 接著對灰度圖像進行實時的圖像中值濾波、二值化處理，得到二值化后的音膜黑白圖像。
實時檢測產(chǎn)品到位模塊6是對視頻數(shù)字圖像預處理模塊5處理后的每一幀圖像進行圖像的到位實時檢測判斷，檢測采集到的這一幀圖像是否可用于后面的邊緣檢測等一系列的圖像算法處理，進行后面一系列的圖像算法處理的圖片要求是音膜、CCD攝像頭和LED 環(huán)形光源接近同軸對齊時拍攝到的圖像。實時檢測產(chǎn)品到位原理由于CCD攝像頭以每秒 24幀圖像的速度進行拍攝，而音膜產(chǎn)品是在流水線上不停的動態(tài)的進入CCD攝像頭的拍攝范圍內(nèi)，然后離開拍攝范圍，因此必須在連續(xù)幀圖像中選擇拍攝到的一幀合適圖像進行處理。具體的實施方案如下經(jīng)過二值化后的音膜黑白圖像的特點為音膜的背景都為白色背景，因此，在每一幀圖像中對小于y坐標某個固定值YO的黑色像素點進行統(tǒng)計，若黑色像素點總數(shù)大于某一值總數(shù)值S0，便認為下一幀圖像是產(chǎn)品已經(jīng)到達合適位置的圖像，便把這幀圖像儲存到同步動態(tài)隨機存儲器(13)中，以便接下來的音膜內(nèi)外圓檢測和同心度計算。Y0，SO的值與流水線的傳輸速度有關，需要通過計算和實驗確定其值大小。
存儲器接口模塊7使用了 FPGA設計中的乒乓操作方式對同步動態(tài)隨機存儲器13 進行讀寫，使用了 4端口的乒乓操作，如圖3所示，一旦接收到實時檢測產(chǎn)品到位模塊傳輸過來的產(chǎn)品到位標志，根據(jù)x，y坐標軸的計數(shù)器，儲存下一幀的音膜二值化圖像。當一幀圖像儲存完畢后，便啟動音膜內(nèi)外圓邊緣檢測開關，將這幀圖像的數(shù)據(jù)送到音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8進行邊緣檢測，在邊緣檢測過程中，圖像數(shù)據(jù)需要通過存儲器接口模塊7進行處理過程的數(shù)據(jù)暫存。這里同步動態(tài)隨機存儲器13的每一個存儲地址一一對應于一幀圖像上的x，y軸坐標值。
音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8通過對幾種常用的流行邊緣檢測算法研究和對比，該專利音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊8使用了 5/3提升小波變換對音膜圖像進行內(nèi)外圓邊緣提取，提升小波變化的分解算法如圖6所示，重構算法如圖7所示。首先將音膜圖像進行提升小波分解，分解出低頻分量，水平高頻分量，豎直高頻分量和對角線高頻分量。提升小波分解后的細節(jié)子圖具有音膜圖像邊緣的方向性高頻信息。然后復制一個對角線高頻分量，對水平高頻分量、豎直高頻分量和2個對角線高頻分量進行提升小波逆變換，得到音膜的內(nèi)外圓邊緣。
因為音膜圖像的邊界不包含音膜檢測的有用信息，因此這里我們對音膜圖像的邊界(即圖像的第一行，最后一行，第一列，最后一列)不進行提升小波變換，保持原有數(shù)值，這樣便不需要對圖像進行邊界擴展，減少FPGA的使用資源。
x，y軸像素投影直方圖統(tǒng)計的圖像分析處理模塊9由于一幅圓形圖像像素在X，y 軸上的投影直方圖成兩邊像素多，中間像素少的規(guī)律，這里我們以一副像素為640*480的圓形圖像為例進行研究，圖4和圖5分別為圓形邊緣像素點在X，y軸上投影的像素直方圖統(tǒng)計圖。于是可以計算圓形的圓心為兩邊像素多的χ，y軸坐標的中間點，半徑為χ或y軸的兩邊最多像素坐標之差的一半。
采用分步提取內(nèi)外圓參數(shù)的方法對內(nèi)、外圓圓心和半徑分步求取。
(1)外圓參數(shù)的求取第1步由于二值化后的音膜圖片外圓輪廓清晰，于是檢測出來的外圓邊緣較清晰， 根據(jù)外圓的理論參數(shù)，在一定χ，y軸坐標范圍內(nèi)只提取出外圓的邊緣和外圓邊緣的臨近像素，減少噪聲產(chǎn)生的誤差。
第2步將外圓邊緣的像素點分別投影到X，y軸上，進行邊緣像素個數(shù)直方圖統(tǒng)計，得到近似于圖5的直方圖，判斷直方圖兩邊像素最多的x，y軸上的坐標位置，檢測到分別在X，y軸上兩邊的2個坐標位置的中點便是外圓的圓心，χ軸2個坐標之差除以2便是外圓的半徑。
(2)內(nèi)圓參數(shù)的求取第1步求取內(nèi)圓局部區(qū)域。設音膜外圓半徑和內(nèi)圓半徑的理論值分別為慫，iV外圓的實際半徑為TP1,圓心為CT1,幻，兩圓心距離參數(shù)為Zr。根據(jù)禮和A求出音膜內(nèi)圓與外圓半徑比率￡ = / ,然后由外圓的實際半徑&和 估算出內(nèi)圓的參考半徑為r' =R1 * ，由此來確定內(nèi)圓的范圍，必定在以CT1,廠)為圓心，外徑為r' +力了，內(nèi)徑為夕-Ar 的圓環(huán)上。切割以C^r1)為中心，半徑為r' +zlr+^的圓和以C^r1)為中心，半徑為 r' -Zr-々的圓之間的區(qū)域作為內(nèi)圓局部區(qū)域。
第2步使用外圓參數(shù)求取的第2步的方法，求取內(nèi)圓的圓心和半徑。
(3)根據(jù)音膜同心度公式ΦΙH1-Ji.-J— 1 丨 / — V^l ^2 )十(,1 — ) —OO I / F —-Γ計算得到音膜的同心度。
圖像分析處理模塊9也提供給用戶一個簡潔直觀的檢測結(jié)果顯示界面，讓用戶知道最終的檢測效果和同心度數(shù)據(jù)結(jié)果。首先將外圓邊緣圖像和內(nèi)圓邊緣圖像進行合并， 并且標示出各自的圓心位置，然后根據(jù)x，y軸的坐標，在圖像界面的右上角位置設置為輸出同心度檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)和是否合格標志輸出的區(qū)域。
VGA接口模塊10是為了根據(jù)X，y軸計數(shù)器產(chǎn)生VGA顯示的正確時序，包括行同步時序和場同步時序等。該模塊還設置了圖像輸出選擇模式，可以選擇輸出流水線上實時拍攝到的二值化視頻圖像，也可以選擇輸出最終邊緣圖像和數(shù)據(jù)、判斷結(jié)果的靜態(tài)圖像，這里設置為在音膜同心度檢測處理完成后便顯示最終邊緣圖像和數(shù)據(jù)、判斷結(jié)果的靜態(tài)圖像。
權利要求
1.一種基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)，其特征在于包括有CXD攝像頭(1)、視頻解碼芯片(2)、接口模塊(3)、視頻數(shù)字圖像采集模塊(4)、視頻數(shù)字圖像預處理模塊(5)、 實時檢測產(chǎn)品到位模塊(6)、存儲器接口模塊(7)、音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊(8)、圖像分析處理模塊(9 )、VGA接口模塊(10 )、視頻D/A芯片(11)、VGA接口顯示器(12 )，其中CCD攝像頭(1)的信號輸出端通過視頻解碼芯片(2)與視頻數(shù)字圖像采集模塊(4)的信號輸入端連接，視頻數(shù)字圖像采集模塊(4)的信號輸出端與視頻數(shù)字圖像預處理模塊(5)的信號輸入端連接，視頻數(shù)字圖像預處理模塊(5)的信號輸出端與實時檢測產(chǎn)品到位模塊(6)的信號輸入端連接，實時檢測產(chǎn)品到位模塊(6)的信號輸出端分別通過存儲器接口模塊(7)與音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊(8)的信號輸入端連接及與視頻D/A芯片(11)連接，視頻D/A芯片 (11)與VGA接口顯示器(12)連接，音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊(8)的信號輸出端與圖像分析處理模塊(9)的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)，其特征在于上述視頻解碼芯片(2)還連接有設置視頻解碼芯片(2)的工作模式的接口模塊(3)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)，其特征在于上述接口模塊(3)為I2C串口接口模塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)，其特征在于上述存儲器接口模塊(7 )還連接有外部同步動態(tài)隨機存儲器(13)。
5.一種根據(jù)權利要求1所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于包括如下步驟1)(XD攝像頭(1)拍攝清晰的顯示音膜內(nèi)外圓輪廓的圖像；2)CCD攝像頭(1)的信號輸出端接到視頻解碼芯片(2)進行視頻解碼，輸出亮度-色度視頻信號，視頻數(shù)字圖像采集模塊(4 )通過視頻解碼芯片(2 )實時采集CCD攝像頭(1)獲得的視頻數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；3)視頻數(shù)字圖像采集模塊(4)采集的信號輸入至視頻數(shù)字圖像預處理模塊(5)，得到音膜的二值化黑白圖像；4)實時檢測產(chǎn)品到位模塊(6)根據(jù)視頻數(shù)字圖像預處理模塊(5)處理得到的音膜二值化黑白圖像進行實時判斷音膜產(chǎn)品是否到達流水線上最合適的位置，若到位，便把當前一幀圖像通過存儲器接口模塊(7)輸出至音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊(8)，音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊(8)對音膜的內(nèi)外圓邊緣進行提取，并將結(jié)果輸出至圖像分析處理模塊(9)，圖像分析處理模塊(9)計算出同心度；同時，VGA接口模塊(10)可以選擇輸出視頻數(shù)字圖像預處理模塊(5)處理后的數(shù)字圖像還是圖像分析處理模塊(9)處理后的數(shù)字圖像，再把處理后的信息輸出到視頻D/A芯片(11)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，視頻D/A芯片(11)將最終結(jié)果輸出到VGA 接口顯示器(12)。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于上述步驟4)中根據(jù)視頻數(shù)字圖像預處理模塊(5)處理得到的音膜二值化黑白圖像進行實時判斷音膜產(chǎn)品是否到達流水線上最合適的位置，若到位，還通過存儲器接口模塊(7)對已經(jīng)到位的一幀數(shù)字圖像數(shù)據(jù)儲存到外部同步動態(tài)隨機存儲器(13)中。
7.根據(jù)權利要求5所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于上述步驟3)中音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊(8)使用提升小波變換對音膜的內(nèi)外圓邊緣進行提取。
8.根據(jù)權利要求5所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于上述步驟1)通過接口模塊(3)設置視頻解碼芯片(2)的工作模式。
9.根據(jù)權利要求5所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于上述音膜為黑底塑膠、銅圓心線圈的直徑小于30mm的小型音膜。
10.根據(jù)權利要求5所述的基于FPGA的音膜同心度實時檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于上述視頻數(shù)字圖像采集模塊(4 )將亮度-色度422格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為亮度-色度444 格式視頻數(shù)據(jù)，并且只輸出明亮度Y信號，即輸出音膜圖像的灰度圖像；上述實時檢測產(chǎn)品到位模塊(6)使用了視頻處理技術，根據(jù)X，y軸的坐標，通過檢測視頻圖像中每一幀圖像音膜像素到達某個y軸坐標YO的位置的個數(shù)，判斷當前這幀圖像是否為合適的音膜圖像，這時的音膜、環(huán)形光源和攝像頭的中心必須是近似同軸的；上述y軸坐標YO的設置值與流水線的傳輸速度有關，需要通過計算或是實驗確定其值大小；上述SDRAM接口模塊(7)中采用了 4端口的乒乓操作方法，同步動態(tài)隨機存儲器(13) 的每一個存儲地址一一對應于一幀圖像上的χ，y軸坐標值；上述音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊(8)中的提升小波變換中，由于音膜圖像的邊界不包含音膜檢測的有用信息，因此音膜圖像的邊界，即圖像的第一行，最后一行，第一列，最后一列不進行提升小波變換，保持原有數(shù)值，這樣便不需要對音膜圖像進行邊界擴展，節(jié)約現(xiàn)場可編程門陣列資源；上述χ，y軸像素投影直方圖統(tǒng)計的圖像分析處理模塊(9)中根據(jù)圓形圖像像素在χ，y 軸上的投影直方圖成兩邊像素多，中間像素少并且均衡的規(guī)律和特征，對音膜圖像進行圓檢測；上述在對音膜圖像進行內(nèi)外圓圓心和半徑求取時，采用了分步提取內(nèi)外圓參數(shù)的方法。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于FPGA的音膜同心度在線實時檢測系統(tǒng)及檢測方法。包括CCD攝像頭、視頻數(shù)字圖像采集模塊、視頻數(shù)字圖像預處理模塊等，CCD攝像頭的信號輸出端通過視頻解碼芯片與視頻數(shù)字圖像采集模塊的信號輸入端連接，視頻數(shù)字圖像采集模塊的信號輸出端與視頻數(shù)字圖像預處理模塊的信號輸入端連接，視頻數(shù)字圖像預處理模塊的信號輸出端與實時檢測產(chǎn)品到位模塊的信號輸入端連接，實時檢測產(chǎn)品到位模塊的信號輸出端分別通過存儲器接口模塊與音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊的信號輸入端連接及與視頻D/A芯片連接，視頻D/A芯片與VGA接口顯示器連接，音膜內(nèi)外圓邊緣檢測模塊的信號輸出端與圖像分析處理模塊的信號輸入端連接。本發(fā)明成本低、速度快、體積小、功耗小。
文檔編號H04N7/18GK102519401SQ20111043640
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者劉家曉, 蔡浩聰, 謝云, 鄭海成 申請人:廣東工業(yè)大學