0引言

隨著生活水平的提高，飲料的市場需求量也不斷增加，產品的質量已成為生產廠商和消費者關注的問題。目前，市場上幾乎所有的飲料瓶都是采用PET(環(huán)保塑膠)切片來注塑加工成型的。在進行灌裝的工序時，高速旋蓋子系統(tǒng)中PET瓶會出現(xiàn)蓋擰松、高蓋和歪蓋等情況；這些情況中輕微的會導致產品外觀不美觀，嚴重的會導致飲料內部質量發(fā)生變化。所以為了減少不合格品的數量，需要增加必要的檢測工序。

傳統(tǒng)的方法是在計算機中利用軟件實現(xiàn)圖像處理系統(tǒng)，這是一個相對耗時的過程，而且對于處理速度要求很高的檢測系統(tǒng)來說，用這種方法也會逐漸不能滿足現(xiàn)代化大生產的高速生產節(jié)拍要求，給視覺檢測實現(xiàn)100%在線檢測方面帶來了局限性。FPGA器件的可編程片上系統(tǒng)(SOPC)在設計的靈活性、功能的可裁剪性和軟硬件的可編程性上具有良好的集成度和成本較低等特點，為圖像處理系統(tǒng)帶來了新的解決方案，并具有極大的靈活性。目前并行處理是解決系統(tǒng)實時性問題的有效方法。

l系統(tǒng)硬件的實現(xiàn)

設計采用FPGA芯片EP2C35F6726C，利用SOPC技術設計實現(xiàn)一個能檢測PET瓶缺陷的系統(tǒng)。即針對PET瓶灌裝后高蓋、歪蓋等缺陷情況進行快速檢測判別，以確定并報警剔除不合格產品。系統(tǒng)主要由圖像采集模塊、FPGA圖像處理模塊、圖像顯示模塊和判別模塊四部分組成。系統(tǒng)硬件平臺如圖1所示。

在生產線上待檢測產品經過傳送帶輸送到達指定位置時，光電傳感器產生感應信號，傳送帶停止一段時間，系統(tǒng)開始進行PET瓶缺陷檢測。按下按鍵后由圖像采集模塊(TRDB-DC2)采集圖像數據，通過硬件器件，將數據RAW轉換成RGB格式，再進行圖像預處理，并在SDRAM中保存相應的數據，以利于進行后期圖像處理，同時也可以通過操作相應按鍵在VGA上實時顯示出該圖像。系統(tǒng)在FPGA芯片EP2C35F6726C上配置的NIOSⅡ軟核處理器作為控制核心，并在Avalon總線上掛接相應的接口模塊和用戶自定義邏輯模塊，與FPGA的外圍單元共同完成系統(tǒng)后期的圖像處理、實時顯示剔除操作等功能。系統(tǒng)硬件設計框如圖2所示。整個設計采用自上而下的設計方法，在SOPCBuilder中搭建系統(tǒng)硬件模塊。將所需的各功能模塊通過Avalon總線集成。SOPCBuilder具有強大的系統(tǒng)集成特性，充分利用現(xiàn)有的IP，大大縮短了設計周期，在很短的時間內就可以構建一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，進而基于硬件完成系統(tǒng)中各模塊的軟件設計，最后集合成系統(tǒng)，如圖3所示。

在各模塊中主要介紹以下幾個模塊：

(1)圖像采集模塊。圖像采集采用的是TRDB-DC2模塊。該模塊由1片高像素的CMOS圖像傳感芯片和1個聚焦鏡頭組成。圖像采集通過CMOSSen-sor采集圖像后，再由I2C總線對圖像傳感器進行配置，然后再根據圖像傳感器的時序特性來讀取采集到的圖像點陣。由于采集到的圖像點陣是：Bayer色彩空間，因而還要由相應的算法將其轉換為RGB色彩空間，再把圖像點陣數據存入SDRAM，而VGA顯示部分則從SDRAM中讀取數據來顯示。SDRAM控制器采用雙口SDRAM控制方法。圖像處理部分也可以從SDRAM中讀取數據來處理。其硬件模塊如圖4所示。

(2)圖像預處理模塊。從SDRAM中讀取數據，采用硬件語言對圖像預處理實現(xiàn)圖像的灰度變化、閾值分割和二值化處理。其硬件模塊圖如圖5所示。

(3)VGA硬件模塊。VGA控制器外接一個存儲器，以保存當前顯示的數據?？刂破鞲鶕煌瑫r刻在VGA上顯示的像素位置，計算出存儲器中當前數據存放的地址，并輸出存儲器地址(oAddress信號)。外接存儲器控制器從該地址中讀取數據，返回給VGA控制器(iRed，iGreen，iBlue)。VGA控制器將顯示數據輸出到D／A轉換器上。依據其水平與垂直時序設計的VGA控制器如圖6所示。通過VGAcontroller器件，可以實時將圖像直接顯示在VGA上。

2系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

2．1軟件總體設計

系統(tǒng)配置完成后，攝像頭獲取圖像，送人SDRAM存儲器，每幀圖像經轉換生成圖像數據進入預處理模塊進行灰度變化、閾值分割、二值化和邊緣跟蹤，使用硬件語言進行處理和結合NIOSⅡ處理器進行圖像的先后續(xù)處理和控制，處理后的圖像經數模轉換在監(jiān)視器上實時顯示。系統(tǒng)軟件總流程圖如圖7所示。