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研究生: 蔡昇達
Sheng-Da Tsai
論文名稱: 以SoPC為基礎之自動化視覺檢測與定位系統
SoPC based Automatic Vision Detection and Location System
指導教授: 許孟超
Mon-Chau Shie
口試委員: 梁文耀
Wen-Yew Liang
鄭瑞光
Ray-Guang Cheng
阮聖彰
Shanq-Jang Ruan
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 67
中文關鍵詞: FPGA偵測定位SoPCX-Y Table步進馬達
外文關鍵詞: FPGA, Detection, Location, SoPC, X-Y Table, Step Motor
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  • 視覺檢測與定位系統在工業界扮演著重要的角色,例如印刷工廠在印刷前必須有精準的版面定位,以避免版面歪斜。現階段中,很多工廠還是使用人工檢測與定位,其缺點是耗時長且精確度低。而目前定位系統製造商已經開發出自動檢測與定位系統,它們使用工業電腦、影像擷取卡、IO模組板、控制機板與PLC可程式控制器來達到自動檢測與定位功能。但此類設計有些缺點,例如成本高與體積龐大,而最嚴重的是在印刷工廠震動與多塵的作業環境下,時常造成工業電腦當機,接點脫落或生鏽,又因為此類系統過於龐大複雜,使用者常常無法自行解決問題而導致作業停擺。
    本論文使用SoPC發展板做為開發自動檢測與定位系統的平台,我們整合了影像的輸入與輸出、檢測與定位功能於單顆FPGA晶片中。在硬體模組方面,我們提出了高效率的影像輸出入與偵測架構;而軟體演算法部分,則提出「一次到位」的快速定位功能與相關的偵測演算法。使用SoPC平台對於工業界來說除了成本大幅降低,還具有穩定和故障替換容易等優點。
    我們使用友晶科技DE2-70 FPGA發展板做為系統開發平台,DE2-70上的FPGA 晶片為Altera Cyclon II EP2C70F896C6N,其可提供約7萬個LE供使用者利用。本系統實作完成後僅需8千個LE,故對於資源的需求量是很低的。


    Vision Detection and Location System plays an important role in industry. For example, printing house must do precise pattern location to avoid skew. Now many factories measure and locate manually, the drawbacks are time consuming and imprecise. The location system manufacturers have developed automatic vision detection and location system. They combine industry computer, image capture card, IO card and PLC (Programmable logic controller) to achieve the ability of automatic vision detection and location. But this kind of design has some disadvantages, such as high cost and large space. Besides, what the worst is under the dusty and vibrated environment, industry computer is easy to become unstable. Users can’t repair themselves due to the complex system and result in work suspended.
    We use SoPC development board as the automatic vision detection and location system platform; integrate video input and output module, detection module, location module into a single FPGA chip. In hardware, we propose a high efficient video input and output architecture. In software, we design fast location algorithm and detection algorithm. For industry, using SoPC platform has the advantages of low cost, stable and easy problem removal.
    The system development platform we use is TERASIC DE2-70 FPGA board. FPGA chip on DE2-70 is Altera Cyclon II EP2C35F896C6N, which provides about 70000 LEs for users. We only need about 8000 LEs to implement our system, so the resource utilization is low.

    論文摘要 1 Abstract 2 誌謝 4 目錄 5 圖索引 7 表索引 9 第一章 序論 10 1.1 動機 10 1.2 章節架構 13 第二章 相關知識 14 2.1 色彩空間(Color Space) 14 2.2 彩度取樣(Chroma subsampling) 14 2.3 SoPC技術 15 2.4 Altera NIOS II處理器 16 2.5 Avalon Bus 18 第三章 開發平台與目標 20 3.1 開發平台與設備 20 3.1.1 FPAG開發平台 20 3.1.2 X-Y Table 21 3.2 目標 23 3.2.1 偵測物件 23 3.2.2 實驗流程與目標 23 第四章 硬體架構 25 4.1 系統架構 25 4.1.1 彩色Bitmap影像格式 25 4.1.2 影像輸出入架構 28 4.1.3 系統方塊圖 30 4.1.4 系統連接圖 31 4.2 ITU656 Decoder模組 33 4.3 Video Input模組(影像輸入) 34 4.4 VGA Controller模組(影像輸出) 36 4.5 Detect Module(偵測模組) 38 4.6 Motor Controller 40 4.7 FPGA資源與記憶體頻寬分析 41 4.8 系統建立與整合 42 4.9 硬體架構結論 43 第五章 軟體演算法設計 44 5.1 偵測演算法 44 5.1.1 錯誤的判斷 44 5.1.2 八點判斷法 45 5.2 名詞定義與例外狀況 46 5.3 移動逼近法 48 5.3.1 演算法流程圖 48 5.3.2 移動逼近法實例 50 5.4 Table Preset法 52 5.4.1 Preset參數 52 5.4.2 Table Preset演算法流程 55 5.5 改良式Table Preset法 59 第六章 結論與未來展望 61 參考文獻 62

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