CN103325116A - 一种印品图像检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种印品图像检测系统，包括：至少一颗DSP芯片，从服务器下载配置参数，根据配置参数对从FPGA芯片接收到的数据进行检测处理，得到印品图像的中间数据，并传输至FPGA芯片，将印品图像的质量信息、中间数据传输至上位机；FPGA芯片，采集印品图像，对印品图像进行计算得到中间数据和质量信息，并将质量信息和中间数据传输至至少一颗DSP芯片。本发明还提出了一种印品图像检测方法。通过本发明的技术方案，可以采用高性能嵌入式平台实现图像采集、处理及传输，实现高精度的图像检测能力，嵌入式平台体积小，重量轻，可以和成像系统封装在一起，成为一个完整的传感器处理单元，直接输出处理结果，便于后处理中的中央控制系统进行信息融合。

Description

一种印品图像检测系统及方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体而言，涉及一种印品图像检测系统和一种印品图像检测方法。 

背景技术

在人民币印制检封工艺中，机检由于效率高、准确率高、不易出错等优点，全面取代人工检测将是发展趋势。机检设备由图像或机读传感器采集原始数据，然后由处理单元根据相关参数进行检测分析，并给出检测结果。 

目前多家公司设计生产的高速清分设备均可完成高速图像检测功能，但传感器处理单元结构与方案与本发明有较大差异，其结构框图如图1所示。 

现有的清分机由计算机配合图像采集卡完成图像的采集、传输与处理任务，全部检测算法在计算机中实现。由于图像处理任务繁重，每台图像传感器至少需要配备一台高性能服务器。检测服务器首先接收检测参数，然后在帧同步信号的控制下进行图像检测处理，并将结果通过现场工业总线传输至中央处理系统。这种方案的优点是硬件设备很成熟，检测算法通过计算机编程实现，修改和维护较为灵活方便。 

但是，上述清分机的缺点是，基于PC的高速检测方案由PC承担全部算法处理和结果判别任务，一般需要选用高性能服务器，但即便如此，在处理图像传感器海量数据时也有很大压力，主要有两个原因造成，一是PC内核处理器主频及运算单元数量有限，很难做到真正的并行处理，二是处理软件运行在非实时操作系统中，任务调度及响应时间的实时性很难保证，因此在实时处理大数据量的场合有很大挑战。而且，大型清分设备需要多路图像传感器，每路传感器至少配备一台高性能服务器，服务器群 占用空间大，耗电多，散热需要特别考虑，成本及维护费用也较高。 

嵌入式平台在图像处理及工业检测领域已有较多应用，常用的嵌入式架构是单DSP或多DSP方案，但是已有方案在处理如此高精度和速度的图像检测时仍然有很大困难。一些公司相继开发出了的小型纸币清分机，使用的就是嵌入式平台进行相关检测，但是速度远远不能满足大型清分设备要求。 

因此，需要一种新的印品图像检测技术，能够采用高性能嵌入式平台实现图像采集、处理及传输，从而实现高精度的图像检测能力，并且嵌入式平台体积小，重量轻，可以和成像系统封装在一起，成为一个完整的传感器处理单元，直接输出处理结果，便于后处理中的中央控制系统进行信息融合。 

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种印品图像检测技术，采用高性能嵌入式平台实现图像采集、处理及传输，从而实现高精度的图像检测能力，并且嵌入式平台体积小，重量轻，可以和成像系统封装在一起，成为一个完成的传感器处理单元，直接输出处理结果，便于后处理中的中央控制系统进行信息融合。 

有鉴于此，本发明提出了一种印品图像检测系统，包括：至少一颗DSP芯片，用于从服务器下载配置参数，根据所述配置参数对从FPGA芯片接收到的第一中间数据进行配置处理，得到所述印品图像的第二中间数据，将所述第二中间数据传输至所述FPGA芯片，并将从所述FPGA芯片接收到的所述印品图像的质量信息、所述第一中间数据和/或所述第二中间数据传输至上位机进行显示；所述FPGA芯片，用于根据接收到的采集指令采集所述印品图像，根据第一预设算法对所述印品图像进行计算得到所述第一中间数据，根据第二预设算法对所述第二中间数据进行计算得到所述质量信息，并将所述质量信息和所述第一中间数据传输至所述至少一颗DSP芯片。 

在该技术方案中，印品包括钞票、证券等纸张印刷品，也可以包括塑 料、皮革等非纸张印刷品，通过采用多芯片并行处理机制以及当今最为高效的FPGA+DSP系统架构，通过合理规划检测算法，充分发挥FPGA大数据量底层算法上的优势以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，从而以较小的体积，完成高效的数据处理，足可以胜任印品图像检测算法的实时实现。 

其中，FPGA芯片可以是Xilinx公司的Virtex-5系列的千万门级芯片XC5VFX100T，该芯片运行工作频率最高达到500MHz，是业界运行频率最高的工业级FPGA芯片。DSP芯片可以是TMS320C6455芯片，时钟频率高达1GHz，可实现8000MIPS的运算性能。 

用户还可以根据所处理图像数据量的大小来调整至少一颗DSP芯片中DSP芯片的个数，当图像数据量较小时，比如检测灰度图像时，可选用一颗DSP芯片，当图像数据量较大时，比如检测彩色图像时，可选用四颗DSP芯片。 

在上述技术方案中，优选地，所述FPGA芯片根据所述印品图像的像素数据和行列信息，计算出所述印品图像的坐标信息，并作为所述第一中间数据传输至所述至少一颗DSP芯片。 

在该技术方案中，FPGA芯片采集到印品图像后，还可以进一步从印品图像中获取到该印品图像的像素数据和行列信息，然后根据像素数据和行列信息计算出印品图像的坐标信息。 

在上述技术方案中，优选地，所述至少一颗DSP芯片根据所述配置参数，对所述坐标信息进行计算，得到所述印品图像的旋转信息，作为所述第二中间数据传输至所述FPGA芯片。 

在该技术方案中，至少一颗DSP芯片可以根据印品图像的坐标信息得到其旋转信息，比如根据上述钞票的四条边上平均分布的二十四个边界点坐标进行配置计算，就可以得出该钞票的边长、旋转角度以及顶点坐标等信息。 

在上述技术方案中，优选地，所述FPGA芯片根据所述旋转信息对所述印品图像进行旋转，并对旋转后的印品图像进行颜色空间转换，得到所述印品图像的亮度、梯度及色差通道图像，根据所述各通道图像的配置检 测参数对各个通道的图像进行计算得出所述质量信息。 

在该技术方案中，FPGA芯片可以进一步地根据旋转信息旋转和裁切印品图像，并将处理后的印品图像进行颜色空间转换，比如对于灰度图像，可以得到其亮度图像，再根据其亮度图像就可以得到其梯度图像，进而可以根据印品图像的亮度通道和梯度通道图像，进一步计算亮度和梯度通道图像的缺陷图，就得到了该灰度图像的质量信息。对于彩色图像同理，只是相对于灰度图像需要多计算两个色差通道的分量。 

通过合理规划FPGA的检测算法，充分发挥了FPGA大数据量底层算法上的优势，以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，使二者能够优势互补、扬长避短，具有高度的灵活性。 

在上述技术方案中，优选地，所述至少一颗DSP芯片还用于对所述印品图像进行缺陷图分析、尺寸计算和号码识别，并将处理结果添加至所述第二中间数据传输至所述上位机。 

在上述技术方案中，优选地，所述至少一颗DSP芯片还用于对所述印品图像进行相似性检测，并将检测结果传输至所述上位机进行显示。 

在上述技术方案中，优选地，所述至少一颗DSP芯片与所述FPGA芯片通过EMIF总线和/或RapidIO总线进行数据传输。 

在上述技术方案中，优选地，所述至少一颗DSP芯片通过千兆以太网与所述上位机进行数据传输。 

在该技术方案中，千兆以太网的带宽很高，可以将至少一颗DSP芯片处理得到的数据结果完整而快速地上传至上位机进行显示。 

在上述技术方案中，优选地，所述至少一颗DSP芯片通过现场实时总线Ethcat与机电控制系统进行数据传输。 

在该技术方案中，现场实时总线Ethcat的实时性很强，可以实时地将至少一颗DSP芯片处理得到的数据结果传输至机电控制系统，以使机电控制系统实时地对检测的印品进行分仓。 

在上述技术方案中，优选地，若所述至少一颗DSP芯片包含多颗DSP芯片，所述多颗DSP芯片中的每两颗DSP芯片及千兆以太网构成Y型双节点方式传输数据。 

在该技术方案中，可以通过两个DSP（比如第一DSP芯片和第二DSP芯片）进行存储、发送图像和图像处理结果，如以第一DSP芯片为主，第二DSP芯片为辅，且每个DSP均配备DDR2内存。在千兆以太网络的网速出现波动情况下，未来得及发送出去的图像和图像处理结果可以在传感器中缓存，避免出现数据丢失。 

本发明还提出了一种印品图像检测方法，包括：步骤202，FPGA芯片根据接收到的采集指令采集所述印品图像，根据第一预设算法对所述印品图像进行计算得到所述第一中间数据，并将所述第一中间数据传输至至少一颗DSP芯片；步骤204，所述至少一颗DSP芯片从服务器下载配置参数，根据所述配置参数对所述第一中间数据进行配置处理，得到所述印品图像的第二中间数据，将所述第二中间数据传输至所述FPGA芯片；步骤206，所述FPGA芯片根据第二预设算法对所述第二中间数据进行计算得到所述质量信息，并将所述质量信息传输至所述至少一颗DSP芯片；步骤208，所述至少一颗DSP芯片将所述印品图像的质量信息、所述第一中间数据和/或所述第二中间数据传输至上位机进行显示。 

在该技术方案中，印品包括钞票、证券等纸张印刷品，也可以包括塑料、皮革等非纸张印刷品，通过采用多芯片并行处理机制以及当今最为高效的FPGA+DSP系统架构，通过合理规划检测算法，充分发挥FPGA大数据量底层算法上的优势以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，从而以较小的体积，完成高效的数据处理，足可以胜任高速印品图像检测算法的实时实现。 

其中，FPGA芯片可以是Xilinx公司的Virtex-5系列的千万门级芯片XC5VFX100T，该芯片运行工作频率最高达到500MHz，是业界运行频率最高的工业级FPGA芯片。DSP芯片可以是TMS320C6455芯片，时钟频率高达1GHz，可实现8000MIPS的运算性能。 

用户还可以根据所处理图像数据量的大小来调整至少一颗DSP芯片中DSP芯片的个数，当图像数据量较小时，比如检测灰度图像时，可选用一颗DSP芯片，当图像数据量较大时，比如检测彩色图像时，可选用四颗DSP芯片。 

在上述技术方案中，优选地，所述步骤202包括：所述FPGA芯片根据所述印品图像的像素数据和行列信息，计算出所述印品图像的坐标信息，并作为所述第一中间数据传输至所述至少一颗DSP芯片。 

在该技术方案中，FPGA芯片采集到印品图像后，还可以进一步从印品图像中获取到该印品图像的像素数据和行列信息，然后根据像素数据和行列信息计算出印品图像的坐标信息。 

在上述技术方案中，优选地，所述步骤204包括：所述至少一颗DSP芯片根据所述配置参数，对所述坐标信息进行计算，得到所述印品图像的旋转信息，作为所述第二中间数据传输至所述FPGA芯片。 

在该技术方案中，至少一颗DSP芯片可以根据印品图像的坐标信息得到其旋转信息，比如根据上述钞票的四条边上平均分布的二十四个边界点坐标进行配置计算，就可以得出该钞票的边长、旋转角度以及顶点坐标等信息。 

在上述技术方案中，优选地，所述步骤206包括：所述FPGA芯片根据所述旋转信息对所述印品图像进行旋转，并对旋转后的印品图像进行颜色空间转换，得到所述印品图像的亮度、梯度及色差通道图像，根据所述各通道图像的预设检测参数对各个通道的图像进行计算得出所述质量信息。 

在该技术方案中，FPGA芯片可以进一步地根据旋转信息旋转和裁切印品图像，并将处理后的印品图像进行颜色空间转换，比如对于灰度图像，可以得到其亮度图像，再根据其亮度图像就可以得到其梯度图像，进而可以根据印品图像的亮度通道和梯度通道图像，进一步计算亮度和梯度通道图像的缺陷图，就得到了该灰度图像的质量信息。对于彩色图像同理，只是相对于灰度图像需要多计算两个色差通道的分量。 

通过合理规划FPGA的检测算法，充分发挥了FPGA大数据量底层算法上的优势，以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，使二者能够优势互补、扬长避短，具有高度的灵活性。 

在上述技术方案中，优选地，所述步骤204还包括：所述至少一颗DSP芯片对所述印品图像进行缺陷图分析、尺寸计算和号码识别，并将处 理结果添加至所述第二中间数据传输至所述上位机。 

在上述技术方案中，优选地，还包括：所述至少一颗DSP芯片对所述印品图像进行相似性检测，并将检测结果传输至所述上位机进行显示。 

通过以上技术方案，可以采用高性能嵌入式平台实现图像采集、处理及传输，从而实现高精度的图像检测能力，并且嵌入式平台体积小，重量轻，可以和成像系统封装在一起，成为一个完整的传感器处理单元，直接输出处理结果，便于后处理中的中央控制系统进行信息融合。 

附图说明

图1示出了现有技术中清分机的结构图； 

图2示出了根据本发明的实施例的印品图像检测系统的框图； 

图3示出了根据本发明的实施例的印品图像检测方法的流程图； 

图4示出了根据本发明的实施例的嵌入式平台的构架图； 

图5示出了根据本发明的实施例的检测算法的流程图； 

图6示出了根据本发明的实施例的数据流向示意图。 

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。 

图2示出了根据本发明的实施例的印品图像检测系统的框图。 

如图2所示，根据本发明的实施例的印品图像检测系统100包括：至少一颗DSP芯片102，用于从服务器下载配置参数，根据配置参数对从FPGA芯片104接收到的第一中间数据进行配置处理，得到印品图像的第二中间数据，将第二中间数据传输至FPGA芯片104，并将从FPGA芯片104接收到的印品图像的质量信息、第一中间数据和/或第二中间数据传输 至上位机进行显示；FPGA芯片104，用于根据接收到的采集指令采集印品图像，根据第一预设算法对印品图像进行计算得到第一中间数据，根据第二预设算法对第二中间数据进行计算得到质量信息，并将质量信息和第一中间数据传输至至少一颗DSP芯片102。 

印品包括钞票、证券等纸张印刷品，也可以包括塑料、皮革等非纸张印刷品，通过采用多芯片并行处理机制以及当今最为高效的FPGA+DSP系统架构，通过合理规划检测算法，充分发挥FPGA大数据量底层算法上的优势以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，从而以较小的体积，完成高效的数据处理，足可以胜任印品图像检测算法的实时实现。 

其中，FPGA芯片104可以是Xilinx公司的Virtex-5系列的千万门级芯片XC5VFX100T，该芯片运行工作频率最高达到500MHz，是业界运行频率最高的工业级FPGA芯片。至少一颗DSP芯片102可以是TMS320C6455芯片，时钟频率高达1GHz，可实现8000MIPS的运算性能。 

用户还可以根据所处理图像数据量的大小来调整至少一颗DSP芯片102中DSP芯片的个数，当图像数据量较小时，比如检测灰度图像时，可选用一颗DSP芯片，当图像数据量较大时，比如检测彩色图像时，可选用四颗DSP芯片。 

比如处理彩色图像时，至少一颗DSP芯片102中可以存在四颗DSP芯片：第一DSP芯片、第二DSP芯片、第三DSP芯片和第四DSP芯片。其中，第一DSP芯片可以从服务器下载操作参数，并向FPGA芯片发送启动信号，以使FPGA芯片根据操作参数进行图像采集；第二DSP芯片，用于计算印品图像的边长、角度和顶点信息，并将结果传输至FPGA芯片；第三DSP芯片用于将图像质量信息和中间数据传输至上位机进行显示；FPGA芯片则根据检测参数进行图像采集，对根据采集到的印品图像的像素数据计算印品图像的坐标信息，并将坐标信息传输至第二DSP芯片，然后根据边长、角度和顶点信息对印品图像进行处理得到相应的亮度、梯度及色差四通道图像，并根据四通道图像和检测参数计算印品图像的质量信息，将质量信息和对印品图像进行处理的中间数据传输至第 三DSP芯片。 

比如处理灰度图像时，至少一颗DSP芯片102中可以存在一颗DSP芯片，由于当处理数据量较小时，如仅处理灰度图像，得到亮度通道图像信息和梯度图像通道信息，就可以确定整个印品图像的质量，无需进行印品号码识别等操作，从而可将多颗DSP功能合并至一颗DSP中，处理方式和流程基本不变。 

优选地，FPGA芯片104根据印品图像的像素数据和行列信息，计算出印品图像的坐标信息，并作为第一中间数据传输至所述至少一颗DSP芯片102。 

FPGA芯片104采集到印品图像后，还可以进一步从印品图像中获取到该印品图像的像素数据和行列信息，然后根据像素数据和行列信息计算出印品图像的坐标信息。 

优选地，至少一颗DSP芯片102根据配置参数，对坐标信息进行计算，得到印品图像的旋转信息，作为第二中间数据传输至所述FPGA芯片104。 

至少一颗DSP芯片102可以根据印品图像的坐标信息得到其旋转信息，比如根据上述钞票的四条边上平均分布的二十四个边界点的坐标进行配置计算，就可以得出该钞票的边长、旋转角度以及顶点坐标等信息。 

优选地，FPGA芯片104根据所述旋转信息对印品图像进行旋转，并对旋转后的印品图像进行颜色空间转换，得到印品图像的亮度、梯度及色差通道图像，根据各通道图像的预设检测参数对各个通道的图像进行计算得出质量信息。 

FPGA芯片102可以进一步地根据旋转信息旋转和裁切印品图像，并将处理后的印品图像进行颜色空间转换，比如对于灰度图像，可以得到其亮度图像，再根据其亮度图像就可以得到其梯度图像，进而可以根据印品图像的亮度通道和梯度通道图像，进一步计算亮度和梯度通道图像的缺陷图，就得到了该灰度图像的质量信息。对于彩色图像同理，只是相对于灰度图像需要多计算两个色差通道的分量。 

通过合理规划FPGA的检测算法，充分发挥了FPGA大数据量底层算 法上的优势，以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，使二者能够优势互补、扬长避短，具有高度的灵活性。 

优选地，至少一颗DSP芯片102还用于对印品图像进行缺陷图分析、尺寸计算和号码识别，并将处理结果添加至第二中间数据传输至FPGA芯片104。 

优选地，至少一颗DSP芯片102还用于对印品图像进行相似性检测，并将检测结果传输至上位机进行显示。 

优选地，至少一颗DSP芯片102与所述FPGA芯片104通过EMIF总线和/或RapidIO总线进行数据传输。 

优选地，至少一颗DSP芯片102通过千兆以太网与上位机进行数据传输。 

千兆以太网的带宽很高，可以将至少一颗DSP芯片处理得到的数据结果完整而快速地上传至上位机进行显示。 

优选地，至少一颗DSP芯片102通过现场实时总线Ethcat与机电控制系统进行数据传输。 

现场实时总线Ethcat的实时性很强，可以实时地将至少一颗DSP芯片处理得到的数据结果传输至机电控制系统，以使机电控制系统实时地对检测的印品进行分仓。 

优选地，若所述至少一颗DSP芯片包含多颗DSP芯片，所述多颗DSP芯片中的每两颗DSP芯片及千兆以太网构成Y型双节点方式传输数据。 

即通过两个DSP（比如第一DSP芯片和第二DSP芯片）进行存储、发送图像和图像处理结果，如以第一DSP芯片为主，第二DSP芯片为辅，且每个DSP均配备DDR2内存。在千兆以太网络的网速出现波动情况下，未来得及发送出去的图像和图像处理结果可以在传感器中缓存，避免出现数据丢失。 

当然，至少一颗DSP芯片102中只存在一颗DSP芯片时，则无需采用Y型双节点方式传输数据。 

图3示出了根据本发明的实施例的印品图像检测方法的流程图。 

如图3所示，根据本发明的实施例的印品图像检测方法包括：步骤202，FPGA芯片根据接收到的采集指令采集所述印品图像，根据第一预设算法对印品图像进行计算得到第一中间数据，并将第一中间数据传输至至少一颗DSP芯片；步骤204，至少一颗DSP芯片从服务器下载配置参数，根据配置参数对第一中间数据进行配置处理，得到印品图像的第二中间数据，将第二中间数据传输至FPGA芯片；步骤206，FPGA芯片根据第二预设算法对第二中间数据进行计算得到质量信息，并将质量信息传输至至少一颗DSP芯片；步骤208，至少一颗DSP芯片将印品图像的质量信息、第一中间数据和/或第二中间数据传输至上位机进行显示。 

印品包括钞票、证券等纸张印刷品，也可以包括塑料、皮革等非纸张印刷品，通过采用多芯片并行处理机制以及当今最为高效的FPGA+DSP系统架构，通过合理规划检测算法，充分发挥FPGA大数据量底层算法上的优势以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，从而以较小的体积，完成高效的数据处理，足可以胜任高速印品图像检测算法的实时实现。 

其中，FPGA芯片可以是Xilinx公司的Virtex-5系列的千万门级芯片XC5VFX100T，该芯片运行工作频率最高达到500MHz，是业界运行频率最高的工业级FPGA芯片。DSP芯片可以是TMS320C6455芯片，时钟频率高达1GHz，可实现8000MIPS的运算性能。 

用户还可以根据所处理图像数据量的大小来调整至少一颗DSP芯片中DSP芯片的个数，当图像数据量较小时，比如检测灰度图像时，可选用一颗DSP芯片，当图像数据量较大时，比如检测彩色图像时，可选用四颗DSP芯片。 

优选地，步骤202包括：FPGA芯片根据印品图像的像素数据和行列信息，计算出印品图像的坐标信息，并作为第一中间数据传输至至少一颗DSP芯片。 

FPGA芯片采集到印品图像后，还可以进一步从印品图像中获取到该印品图像的像素数据和行列信息，然后根据像素数据和行列信息计算出印品图像的坐标信息。 

优选地，步骤204包括：至少一颗DSP芯片根据配置参数，对坐标 信息进行计算，得到印品图像的旋转信息，作为第二中间数据传输至FPGA芯片。 

至少一颗DSP芯片可以根据印品图像的坐标信息得到其旋转信息，比如根据上述钞票的四条边上平均分布的二十四个边界点的坐标进行配置计算，就可以得出该钞票的边长、旋转角度以及顶点坐标等信息。 

优选地，步骤206包括：FPGA芯片根据旋转信息对印品图像进行旋转，并对旋转后的印品图像进行颜色空间转换，得到印品图像的亮度、梯度及色差通道图像，根据各通道图像的预设检测参数对各个通道的图像进行计算得出质量信息。 

FPGA芯片可以进一步地根据旋转信息旋转和裁切印品图像，并将处理后的印品图像进行颜色空间转换，比如对于灰度图像，可以得到其亮度图像，再根据其亮度图像就可以得到其梯度图像，进而可以根据印品图像的亮度通道和梯度通道图像，进一步计算亮度和梯度通道图像的缺陷图，就得到了该灰度图像的质量信息。对于彩色图像同理，只是相对于灰度图像需要多计算两个色差通道的分量。 

通过合理规划FPGA的检测算法，充分发挥了FPGA大数据量底层算法上的优势，以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，使二者能够优势互补、扬长避短，具有高度的灵活性。 

优选地，步骤204还包括：至少一颗DSP芯片对印品图像进行缺陷图分析、尺寸计算和号码识别，并将处理结果添加至第二中间数据传输至上位机。 

优选地，还包括：至少一颗DSP芯片对印品图像进行相似性检测，并将检测结果传输至上位机进行显示。 

由于通常状态下，图像检测的对象为彩色图像，以下实施例将主要针对至少一颗DSP芯片中包含4颗DSP芯片的情况进行论述。 

图4示出了根据本发明的实施例的嵌入式平台的构架图。 

如图4所示，根据本发明的实施例的印品图像检测系统100可以以嵌入式平台的形式实现，其中包括四颗DSP芯片和一颗FPGA芯片。FPGA与四颗DSP通过RapidIO与EMIF两种接口通信；DSP之间通过RapidIO 接口通信，所述每颗DSP通过独立千兆以太网总线与上位机进行通信；另外，DSP还通过Ethcat现场工业总线与机电系统通信。其中带宽高的DSP千兆网接口负责传输海量图像数据，实时性好的现场工业总线Ethcat负责传输检测结果及控制信号。 

每颗DSP芯片可以是TMS320C6455芯片，时钟频率高达1GHz，可实现8000MIPS的运算性能。FPGA可以是Xilinx公司的Virtex-5系列XC5VFX100T芯片，该芯片运行工作频率最高达到500MHz，是业界运行频率最高的工业级FPGA芯片。 

除了上述核心处理芯片外，印品图像检测系统100还可以包括以下功能单元：并行系统多电压供电电源系统；系统工作电压监测及复位管理系统；同步时钟电路系统；各处理芯片的片外存储器（DDR2、FLASH）系统；同步控制系统；多片处理芯片之间通信系统；系统工作方式选择管理系统；JTAG控制系统；输入输出接口总线驱动系统。 

图5示出了根据本发明的实施例的检测算法的流程图。 

如图5所示，根据本发明的实施例的图像检测处理流程包括： 

（1）图像采集； 

（2）图像外形调整； 

（3）图像颜色空间转换； 

（4）模板图像位置调整； 

（5）各通道图像直方图调整； 

（6）图像允差检测； 

（7）缺陷图分析； 

（8）号码识别及质量检测分析； 

（9）其他指标检测； 

（10）根据各项检测数据得出最终检测结果。 

通过合理规划上述检测算法，可以充分发挥FPGA芯片大数据量底层算法上的优势以及DSP芯片复杂算法和流程控制方面的优势。这样使二者能够优势互补、扬长避短，具有高度的灵活性。 

FPGA芯片完成图像采集准备工作、图像转换、定位核定位、号码图 定位与输出、图像处理的模板比较部分和图像处理中间结果输出等并行度高的、相对固定的图像预处理算法；DSP芯片实现与实时Ethcat主站通信与交互、实时图像采集、图像后期处理算法和上传原始图像和图像处理中间结果等功能。 

图6示出了根据本发明的实施例的数据流向示意图。 

如图6所示，根据数据流走向，系统对四颗DSP芯片与FPGA芯片进行规划。各DSP芯片功能规划如下：（1）DSP1（相当于上述第二DSP芯片）功能：实时与EthCAT主站交互；实时图像定位功能；协助缓存实时图像和图像处理结果；收集并向Ethcat主站汇报传感器运行信息。（2）DSP0（相当于上述第一DSP芯片）功能：从图像服务器下载和配置参数；图像传感器控制中心，控制相机，控制对某张产品的处理方式；存储图像和图像处理结果，通过千兆以太网上传。（3）DSP2（相当于上述第三DSP芯片）功能：作为图像处理算法中心，实现缺陷图分析、尺寸计算和号码识别等功能。（4）DSP3（相当于上述第四DSP芯片）功能：相似检测算法实现。FPGA功能规划如下：图像采集；图像四边定位；图像旋转与裁切；图像颜色空间变换；定位核定位；号码图定位与输出；高低模版平移；模板比较等。 

FPGA芯片的操作程序可以由以下几个功能模块实现：图像采集与传输模块，角点检测模块，图像旋转模块，参数下载接口模块，模板图像和检测区域图条件平移模块，包括颜色空间转换、梯度图像求取、SAD搜索以及模版图像和检测图像对比分析在内的综合处理模块，数据流控制模块等。 

具体的数据流向为： 

（1）程序加载后，由DSP0通过参数下载接口模块进行参数配置、模板数据下载，然后启动图像采集和处理； 

（2）在图像采集与传输模块的控制下进行图像采集； 

（3）角点检测模块计算出票面二十四个边界点坐标，并将结果传输到DSP1，由DSP1进行数值计算，得到票面的边长、旋转角度以及顶点坐标信息，供旋转模块使用； 

（4）图像旋转模块根据票面信息计算得到旋转后的RGB票面图像，并将结果输出至综合处理模块； 

（5）综合处理模块中的颜色空间转换模块将RGB图像进行颜色空间转换，得到亮度及色差图像，并根据亮度图像计算得到梯度图像； 

（6）启动平移模块，分别读取区域检测参数和模板图像数据至平移模块，得到调整后的检测模板图像； 

（7）综合处理模块计算得到号码区域的图像数据、LGAB四通道图像的缺陷图，以及其它中间结果信息，其中号码图像由DSP2进行OCR识别，最后所有结果由DSP2一并上传至上位机。 

作为数据发送端，嵌入式平台采用了Y型传输节点方案，即采用两个DSP芯片（DSP0、DSP1）作为存储、发送图像和图像处理结果，DSP0为主，DSP1为辅，且每个DSP芯片均配备了512MB的DDR2内存，单幅图像和图像处理结果为1616KB，两片DSP总计1024MB的DDR2可以缓存648幅图像和图像处理结果。在千兆以太网络的网速出现波动情况下，未来得及发送的图像和图像处理结果可以在传感器中缓存，避免出现数据丢失。 

根据本发明的实施例的印品图像检测系统配合光源和相机，可以构成一体化图像传感器检测单元，可以在空间中方便地放置，相机可以在印品移动过程中获取其图像，以供一体化传感器进行分析，而且一体化之后的传感器体积较小，可以直接用于大型高速清分设备中，方便集成。 

通过合理规划检测算法，充分发挥了FPGA大数据量底层算法上的优势以及DSP复杂算法和流程控制方面的优势，可实现高速高精度印品图像检测功能，如检测速度大于10米/秒，精度高于0.2毫米。 

能够检测的内容如表1所示： 

表1 

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中，清分机的检测算法全部在计算机中实现，图像处理任务繁重，需要配备额外的服务器，而且由于计算机内核处理器主频及运算单元数量有限，很难做到真正的并行处理，并且处理软件运行在非实时操作系统中，任务调度及响应时间的实时性很难保证。通过本发明的技术方案，能够采用高性能嵌入式平台实现图像采集、处理及传输，从而实现高精度的图像检测能力，并且嵌入式平台体积小，重量轻，可以和成像系统封装在一起，成为一个完整的传感器处理单元，直接输出处理结果，便于后处理中的中央控制系统进行信息融合。 

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (16)

1.一种印品图像检测系统，其特征在于，包括：

至少一颗DSP芯片，用于从服务器下载配置参数，根据所述配置参数对从FPGA芯片接收到的第一中间数据进行配置处理，得到所述印品图像的第二中间数据，将所述第二中间数据传输至所述FPGA芯片，并将从所述FPGA芯片接收到的所述印品图像的质量信息、所述第一中间数据和/或所述第二中间数据传输至上位机进行显示；

所述FPGA芯片，用于根据接收到的采集指令采集所述印品图像，根据第一预设算法对所述印品图像进行计算得到所述第一中间数据，根据第二预设算法对所述第二中间数据进行计算得到所述质量信息，并将所述质量信息和所述第一中间数据传输至所述至少一颗DSP芯片。

2.根据权利要求1所述的印品图像检测系统，其特征在于，所述FPGA芯片根据所述印品图像的像素数据和行列信息，计算出所述印品图像的坐标信息，并作为所述第一中间数据传输至所述至少一颗DSP芯片。

3.根据权利要求2所述的印品图像检测系统，其特征在于，所述至少一颗DSP芯片根据所述配置参数，对所述坐标信息进行计算，得到所述印品图像的旋转信息，作为所述第二中间数据传输至所述FPGA芯片。

4.根据权利要求3所述的印品图像检测系统，其特征在于，所述FPGA芯片根据所述旋转信息对所述印品图像进行旋转，并对旋转后的印品图像进行颜色空间转换，得到所述印品图像亮度、梯度及色差通道图像，根据所述各通道图像的配置检测参数对各个通道的图像进行计算得出所述质量信息。

5.根据权利要求3所述的印品图像检测系统，其特征在于，所述至少一颗DSP芯片还用于对所述印品图像进行缺陷图分析、尺寸计算和号码识别，并将处理结果添加至所述第二中间数据传输至所述上位机。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的印品图像检测系统，其特征在于，所述至少一颗DSP芯片还用于对所述印品图像进行相似性检测，并将检测结果传输至所述上位机进行显示。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的印品图像检测系统，其特征在于，所述至少一颗DSP芯片与所述FPGA芯片通过EMIF总线和/或RapidIO总线进行数据传输。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的印品图像检测系统，其特征在于，所述至少一颗DSP芯片通过千兆以太网与所述上位机进行数据传输。

9.根据权利要求8所述的印品图像检测系统，所述至少一颗DSP芯片通过现场实时总线Ethcat与机电控制系统进行数据传输。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的印品图像检测系统，其特征在于，若所述DSP芯片包含多颗DSP芯片，所述多颗DSP芯片中的每两颗DSP芯片及千兆以太网构成Y型双节点方式传输数据。

11.一种印品图像检测方法，其特征在于，包括：

步骤202，FPGA芯片根据接收到的采集指令采集所述印品图像，根据第一预设算法对所述印品图像进行计算得到所述第一中间数据，并将所述第一中间数据传输至至少一颗DSP芯片；

步骤204，所述至少一颗DSP芯片从服务器下载配置参数，根据所述配置参数对所述第一中间数据进行配置处理，得到所述印品图像的第二中间数据，将所述第二中间数据传输至所述FPGA芯片；

步骤206，所述FPGA芯片根据第二预设算法对所述第二中间数据进行计算得到所述质量信息，并将所述质量信息传输至所述至少一颗DSP芯片；

步骤208，所述至少一颗DSP芯片将所述印品图像的质量信息、所述第一中间数据和/或所述第二中间数据传输至上位机进行显示。

12.根据权利要求11所述的印品图像检测方法，其特征在于，所述步骤202包括：所述FPGA芯片根据所述印品图像的像素数据和行列信息，计算出所述印品图像的坐标信息，并作为所述第一中间数据传输至所述至少一颗DSP芯片。

13.根据权利要求12所述的印品图像检测方法，其特征在于，所述步骤204包括：所述至少一颗DSP芯片根据所述配置参数，对所述坐标信息进行计算，得到所述印品图像的旋转信息，作为所述第二中间数据传输至所述FPGA芯片。

14.根据权利要求13所述的印品图像检测方法，其特征在于，所述步骤206包括：所述FPGA芯片根据所述旋转信息对所述印品图像进行旋转，并对旋转后的印品图像进行颜色空间转换，得到所述印品图像的亮度、梯度及色差通道图像，根据所述各通道图像的配置检测参数对各个通道的图像进行计算得出所述质量信息。

15.根据权利要求13所述的印品图像检测方法，其特征在于，所述步骤204还包括：所述至少一颗DSP芯片对所述印品图像进行缺陷图分析、尺寸计算和号码识别，并将处理结果添加至所述第二中间数据传输至所述上位机。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的印品图像检测方法，其特征在于，还包括：所述至少一颗DSP芯片对所述印品图像进行相似性检测，并将检测结果传输至所述上位机进行显示。

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