但在實際應用中，待識別的目標圖像需要經(jīng)過圖像預處理和畸變處理等操作,。針對圖像的實時處理要求,，本文將聯(lián)合變換相關識別系統(tǒng)與數(shù)字信號處理中的雙CPU技術相結合，采用“FPGA+DSP+ARM”架構,，研究與設計一種新型的光電混合圖像識別系統(tǒng),。利用TMS320C6416與FPGA完成目標圖像的采集與處理，利用ARM9處理器S3C2440完成對相關功率譜的采集與目標圖像識別,，從而實現(xiàn)畸變不變模式識別的快速和準確性,。并實現(xiàn)了該系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡化。

提出并設計一種新型的基于雙CPU技術的光電圖像識別系統(tǒng),，該系統(tǒng)主要由目標圖像采集與處理模塊,、光電相關聯(lián)合變換模塊以及自動識別模塊組成。采用TMS320C6416與FPGA完成目標圖像的采集與處理.采用ARM9處理器S3C2440完成對相關功率譜的采集與目標圖像識別,。與傳統(tǒng)光電圖像識別系統(tǒng)相比,，該系統(tǒng)實時性和精度更高,，并可實現(xiàn)智能化和網(wǎng)絡化。

該光電混合圖像識別系統(tǒng)每秒能處理25幀圖像,，可實現(xiàn)真正的動態(tài)圖像識別,，因而對圖像識別有很好的實用性。

　　1 光電混合圖像識別系統(tǒng)

光電混合圖像識別系統(tǒng)是基于光電混合聯(lián)合變換相關器的一種系統(tǒng),，本文提出并設計的光電混合圖像識別系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示,。

ARM9處理器S3C2440與DSP間為主/從方式，DSP與FPGA問也為主/從方式,。由DSP和FPGA組成的目標圖像采集與處理模塊,，將待識別的目標通過攝像頭1傳輸?shù)紻SP中，DSP完成對目標圖像的預處理和畸變處理等處理過程,。

然后,，DSP將處理后的目標圖像和參考圖像構成的聯(lián)合輸入圖像實時輸出到液晶電視上，聯(lián)合圖像經(jīng)過激光光束的照射后,，經(jīng)傅里葉變換透鏡3后,，形成聯(lián)合圖像傅里葉頻譜。該頻譜經(jīng)低通濾波后,，得到所需的中心頻譜[3]，并通過攝像頭2接收進入ARM9處理器S3C2440,，來完成圖像頻譜的振幅調制及傅里葉逆變換的處理,，得到所需互相關結果。由于真目標互相關信號較強,，假目標的互相關信號很弱,，可以通過設定閾值來判斷真假目標圖像，即當相關結果大于閾值時,，識為真目標,，小于閾值時，識為假目標,。當判為假目標時,，通過通信接口控制DSP繼續(xù)進行圖像采集與處理，實現(xiàn)下一個目標的圖像識別,，直至判別出真目標,。

2 系統(tǒng)設計

該光電圖像識別系統(tǒng)主要由目標圖像采集與處理模塊、光電相關聯(lián)合變換模塊以及自動識別模塊組成,，采用TMS320c6416DSP與FPGA來完成目標圖像的采集與處理,，采用ARM9處理器S3C2440來完成對相關功率譜的采集與目標圖像識別。

2.1 TMS320C6416

C64x是TI公司推出C6000系列DSP中的最新成員,，采用了VelociTI1.2結構,，其主要在內部CPU功能單元,、通用寄存器組及其數(shù)據(jù)通路等方面進行了較大的改進。C64x具有8個相互獨立的功能單元,，其中包含6個支持單周期內單32位,、雙16位或4個8位數(shù)據(jù)操作的算術邏輯單元，以及2個支持單周期雙16×16位或4個8×8位數(shù)據(jù)操作的乘法器;內部CPU的通用寄存器組含有32個32位寄存器,，支持8位和64位定點數(shù)據(jù),，并且寄存器A0也可用作條件寄存器;通用寄存器組內部有兩條交叉通路，且都可以通過交叉通路訪問另一側的寄存器組;C64x還能夠利用非排列的存取指令訪問任意字節(jié)邊界的字或雙字,。

與C62x相比,，C64x平均每條指令在每個時鐘周期內的運算能力增加了7.6倍。由于C64x支持雙16位和8位數(shù)據(jù)以及時鐘頻率的提高,，使得其圖像處理能力比C62x提高了15倍左右,。C64x為程序和地址兩級片內存儲器結構。一級存儲器由程序(L1P)和數(shù)據(jù)(L1D)緩存組成,。其中L1P為512組32B的16KB直接映像式緩存,，L1D為128組64B的16KB兩路組相聯(lián)式緩存。C64x具有與C621x,、C67lx不同的存儲體結構,，其存儲體位于32位邊界，因此對于相同存儲體訪問時,，地址總線的3LSBs相同,。另外，C64x具有豐富的外設資源,，其中包括：64通道的增強型存儲器直接存取(EDMA)控制器;64位/16位數(shù)據(jù)總線的外部存儲器接口EMIFA/EMIFB;33MHz,、32位PCI接口和針對異步傳輸模式的UTOPLA接口;16位或32位主機端接口;3個多通道緩沖串行口等。

內部結構的改進,、并行處理能力的提高及豐富的外設資源,，使得C64x在圖像處理領域具有巨大的開發(fā)潛力。為提高系統(tǒng)實時性能,，本文采用主頻400 MHz的TMS320C6416GLZ作為目標圖像處理單元來設計該識別系統(tǒng),。

2.2 目標圖像采集與處理模塊

該模塊主要由DSP處理器TMS320C6416和FPGA來實現(xiàn)，DSP和FPGA之間采用主/從方式,。其中,，DSP主要完成對目標圖像的處理及控制FPGA采樣信號的啟動。FPGA則完成對目標圖像的采樣控制過程,，其硬件結構圖如圖2所示,。

　　由攝像頭拍攝到的圖像首先進行信號調理，即對圖像進行嵌位,、錟相,、放大以及同步信號分離,。然后，由DSP啟動對圖像信號的采樣,，即控制FPGA進行圖像的采樣,，同時通過中斷查詢方式(FTNT)，監(jiān)控FPGA發(fā)出的采樣完成信號,。

　　采用TI公司的TLC5510芯片來進行高速A/D采樣,。TLC5510為5V電源、8位,、20Msps的高速并行ADC,，最大量程為2V。為了達到實時處理的目的,，本系統(tǒng)只采集灰度圖像,，CCD圖像的幀頻為30Hz，幀圖像分辨率為512×512像素,，每個像素點8位量化,。

　　FPGA在行(HS)、場(VS)同步信號和時鐘信號的驅動下,，產生A/D采樣的控制信號來控制采樣過程,，同時，F(xiàn)PGA提供存儲器地址及片選與讀寫控制信號,，數(shù)字信號按照該地址并在RAM_W有效時,，寫入FPGA存儲器RAM中，為圖像預處理作好準備,。

　　采樣完成后,，F(xiàn)PGA產生外部中斷,，向DSP發(fā)出中斷請求,，DSP進入中斷處理：FPGA提供RAM的地址信號，并在RAM_R有效時,，DSP將RAM中的采樣數(shù)據(jù)以EDMA方式讀至同步動態(tài)存儲器SDRAM中,。SDRAM為4balaks×512 kb×32b，時鐘主頻為166 MHz,，這樣就保證了工作時所需的存儲容量和實時性的要求,。數(shù)據(jù)傳輸完畢，DSP啟動FPGA進行下一幀圖像的采樣,，F(xiàn)PGA再次進入采樣控制處理過程,，DSP則對目標圖像數(shù)據(jù)進行預處理和畸變等處理。

　　在完成對目標圖像的數(shù)據(jù)處理后,，DSP將處理后目標圖像和存儲在ROM中的參考圖像構成的聯(lián)合輸入圖像實時輸出到液晶電視上的約定區(qū)域內,，以便進行光信息處理,。

　　2.3 自動識別模塊

　　自動識別模塊采用三星公司ARM處理器S3C2440來完成。S3C2440處理器是基于ARM920T內核的32位RISC嵌入式芯片,。該ARM內核的CPU主頻最高可達533MHz,，此處使用499MHz，它除了集成3個串口,、SD卡控制器,、USB Host控制器、LCD控制器,、Nand Flash控制器以及實時時鐘外,，還增添了工業(yè)控制總線(CAN)、Camera控制器(數(shù)碼攝像機接口),、PCMCIA接口(可接無線網(wǎng)卡或調制解調器及其他外設),。另外，用1個96針總線插槽引出CPU的局部總線,，可外接其他總線設備并與多方通信,。目前，S3C2440已被廣泛應用于工業(yè)控制,、多媒體處理,、消費類電子及網(wǎng)絡通信等領域。

　　S3C2440處理器的接口框圖如圖3所示,。S3C2440內置Camera控制器,，并支持最大為4096×4096像素的圖像輸入，因此本系統(tǒng)對聯(lián)合頻譜圖像的獲取選用130萬像素攝像頭進行視頻采集與傳輸,，通過Catnera控制器完成對頻譜圖像的數(shù)據(jù)轉換與存儲,，然后對頻譜進行振幅調制和傅里葉反變換，得到互相關結果,，從而進行判別與處理,。

　　圖3中，64MB NAND Flash采用三星的,。K9F1208,，用于存放應用程序;2MB的NOR Flash采用AMD的AM29LV160DB，用于存放Bootloader及Kernel;64MBSDRAM采用現(xiàn)代的HY57V561620;32KB FRAM(鐵電存儲器),，減少對Flash的頻繁操作,，延長Flash壽命，同時防止掉電時數(shù)據(jù)丟失,。

　　S3C2440作為主控處理器,，還負責與上位機進行通信，并可通過網(wǎng)卡與Internet進行互聯(lián),，實現(xiàn)該系統(tǒng)的智能化與網(wǎng)絡化,。另外,，還可通過USB接口進行數(shù)據(jù)的存取。

      2.4 系統(tǒng)軟件主流程

　　該光電混合圖像識別系統(tǒng)工作主流程如圖4所示,。ARM和DSP在完成初始化后,，通過HPI口加載DSP程序并通過中斷激活DSP運行;DSP在工作后啟動FPGA，F(xiàn)PGA控制A/D采樣芯片進行實時圖像采集,。

　　3 結論

　　該識別系統(tǒng)圖像處理能力達25幀/s,，因而實現(xiàn)了真正動態(tài)圖像的圖像識別。與傳統(tǒng)光電圖像識別系統(tǒng)相比,，該系統(tǒng)實時性和精度更高,，并實現(xiàn)了智能化和網(wǎng)絡化，有較高的實用價值,。