DSP技術在農產品外觀檢測領域的應用研究

胡亞丹 蘇健民

(1.佳木斯大學,黑龍江佳木斯 154007;2.東北林業大學,黑龍江哈爾濱 150040)お

摘要

設計了一個基于DSP的農產品質量檢測系統。系統利用CCD攝像頭獲取農產品的圖像，經過DSP對圖像進行相關算法的處理，最后將處理結果顯示在顯示屏上。該系統可代替人工肉眼檢測，提高檢測效率和精度。

關鍵詞 DSP；農產品外觀檢測；機器視覺；圖像處理

中圖分類號 SB126文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2014）19-06476-02

Application of DSP in the Field of Agricultural Appearance Detection

HU Ya瞕an, SU Jian瞞in

(Jiamusi University, Jiamusi, Heilongjiang 154007; Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040)

Abstract An agricultural product quality detection system based on DSP was designed. CCD camera was used to obtain images of the agricultural products, and DSP was adopted to process relevant algorithms of images. Finally the results display on the LCD screen. The system can replace artificial eye detection and improve the detection efficiency and precision.

Key wordsDSP; Agricultural products appearance detection; Machine vision; Image processing

作者簡介

胡亞丹（1982-），女，黑龍江佳木斯人，碩士研究生，研究方向：信號與信息處理。*通訊作者，教授，博士生導師，從事信號與信息處理、物聯網方面的研究。

收稿日期 20140606

隨著電子技術的飛速發展，機器視覺在各個領域得到了廣泛應用。電子產品不斷提高的性價比，與日益成熟的機器視覺技術結合在了一起，使其在農產品質量檢測等方面具有廣闊的應用前景。與人工檢測相比，利用機器視覺的檢測克服了人工檢測的效率低、主觀性大等諸多缺點。機器視覺技術與圖像處理技術相結合，成為了農產品品質檢測的重要技術之一［1］。

DSP 芯片，全稱數字信號處理器，是一種具有特殊結構的微處理器。DSP 芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，可以用來快速地實現各種數字信號處理算法［2］。美國德克薩斯儀器公司（Texas Instruments，TI）在1982 年成功推出第1代DSP芯片TMS32010及其系列產品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相繼推出了2000、5000、6000 系列的DSP 芯片，分別在控制領域、語音通訊領域、視頻領域獲得了廣泛的應用。隨著DSP 芯片的發展，其DSP 系統的單位計算成本和功耗都大幅下降，因此也獲得了越來越多的應用。為此，筆者介紹將機器視覺與DSP技術相結合，實現農產品質量自動檢測的方法。

1DSP硬件平臺

DSP硬件平臺采用模塊化的設計思想，將硬件電路分為DSP核心處理器、圖像采集模塊、圖像輸出模塊、外接存儲模塊以及輔助電路模塊?？傮w功能框圖如圖1所示。

圖1DSP硬件總體功能框圖

1.1 視頻采集模塊

視頻采集模塊的功能是將CCD攝像頭提取的農作物的模擬圖像通過視頻解碼電路轉換成數字信號傳送給DSP處理器進行處理。常用的視頻解碼芯片是TI公司的TVP5150AM芯片，它是一款高性能的視頻解碼芯片，最高可以采集10bit/像素，它的輸出格式為BT656，它的特點是封裝面積小，功率小。BT656數據流經過DSP的視頻端口進入芯片內部。

1.2 DSP處理器

根據對農作物檢測的要求的不同，可以選擇不同型號的DSP處理器［3-5］。TMS320DM642是TI公司專門為視頻應用領域設計的芯片，其強大的計算能力和豐富的片內設備成為多種視頻處理應用的首選。TMS320DM642芯片采用C64x內核，具有8個處理單元，滿負荷時可完成8個指令/周期，運算速度能達到5 760 MIPS。DM642具有豐富多變的外圍接口，3個可靈活配置的視頻端口（VPO~VP2)，2個多通道串行接口(McBSP)， 1個16/32位的主機接口(HPI)，1個多通道串行音頻接口(McASP)，1個16位的通用輸入/輸出接口(GPIO)，1個10/100M以太網控制器(EMAC)接口，1個I2C總線模塊等。DM642處理器的片上存儲空間分為程序存儲空間(L1P)和數據存儲空間(L1D)，二者構成了哈佛結構，容量均為16k×8位。兩個外部存儲器接口(EMIF)，1個64位數據寬度EMIFA，1個16位數據寬度EMIFB，可與同步存儲器(SDRAM、FIFO)、異步存儲器(SRAM、EPROM)和FLASH存儲器實現無縫連接，便于大量數據的存儲。

1.3 圖像輸出模塊

圖像輸出模塊用來顯示經過DM642處理后的視頻圖像，通過視頻編碼電路將數字信號轉換成模擬信號再由終端顯示器顯示出來。常用的視頻編碼芯片是Philips公司推出的專用視頻編碼芯片SAA7121H。SAA7121H可將ITU-RBT.656格式的視頻數據編碼為PAL/NTSC制式的SECAMCVBS(復合視頻信號)或S-Video(S端子)模擬視頻信號，SAA7121H芯片內部集成了CVBS接口和S端子接口，方便了外圍電路的設計。其功能強大，性價比高，被廣泛使用。

1.4 外接存儲模塊

DM642 芯片最大支持1 G的外部存儲器，實際作為嵌入式應用，對存儲器的要求是夠用就行，越少越好，不同的應用有不同的需求，例如只是語音應用，可能片內的高速存儲器已經夠用，如果是視頻應用，可能需要一些外部擴展存儲器，處理多路視頻就可能需要更多的存儲器。由于農產品質量檢測系統的數據量比較大，所以需要在片外擴展存儲器模塊，以滿足系統的需求。

系統中DM642芯片內核通過EDMA［即增強型 DMA(Enhanced Direct Memory Access, EDMA)］通道，經過EMIFA接口與外部的程序存儲器(FLASH)和數據存儲器(SDRAM)交換數據。因此，可以利用EMIF總線擴展外部存儲器FLASH和SDRAM。

2農作物品質檢測系統的軟件實現

為了實現農作物外觀品質檢測系統的軟件功能，將軟件分成系統初始化、圖像采集、圖像處理和圖像顯示4個模塊。系統的初始化模塊主要是對DSP平臺利用到的資源進行配置，并完成各模塊的初始化；圖像采集模塊的作用是啟動采集模塊，并將數據存儲在SDRAM中；圖像處理模塊是根據檢測的目的，完成農作物圖像的預處理以及各項指標的檢測；圖像顯示模塊的作用是啟動顯示模塊，將結果顯示在顯示屏上。軟件處理框圖如圖2所示。

圖2 軟件處理框圖

其中，系統初始化包括存儲器映射初始化、EMIFA初始化、中斷向量表初始化、I2C總線初始化、視頻編解碼芯片初始化和視頻口初始化等。

圖像采集模塊的功能是將攝像頭采集到的圖像經過TVP5150AM解碼器解碼成8位的ITU_R BT.656格式的視頻數據流，然后再將視頻數據流傳送給DM642的VP0端口，最后通過EDMA將采集到的數據存入SDRAM中等待圖像處理程序進行處理。圖像采集是通過配置視頻口的相關寄存器來完成的。處理的流程是先進行TVP5150AM的初始化，初始化成功后啟動數據采集指令，然后通過EDMA將采集數據存入SDRAM中，采集結束置位幀中斷，DSP響應中斷并處理SDRAM中的數據。

圖像處理模塊主要是對圖像采集模塊采集到的圖像數據進行處理。圖像處理要用到很多算法，包括灰度化、濾波、圖像分割、邊緣檢測等基礎算法，還包括和不同的農作物相關的一些檢測算法。這些算法通常都需要通過MATLAB等仿真軟件仿真后才在DSP系統上進行編程實現。

圖像顯示模塊的功能是將DM642處理后的ITU—R BT.656格式視頻數據流通過VP0 口送給視頻編碼芯片SAA7121H，經編碼后以CVBS復合視頻格式輸出給顯示設備顯示。圖像顯示程序設計流程為：先進行SAA7121H芯片初始化，初始化成功后啟動數據輸出指令，通過EDMA將采集數據存入SDRAM中，最后輸出CVBS視頻信號。

3 結語

目前，我國對農產品品質檢測大部分還停留在算法分析上，只有少部分科研人員已經研制出可用于實際應用的系統，這些系統大多都是通過PC機完成控制功能，其缺點是運行速度慢、體積龐大、可移動性差。利用DSP代替通用PC機，能夠很好地解決系統體積大、成本高等在實際中帶來的問題。今后DSP技術在農產品質量檢測領域的應用將會越來越廣泛，這必將提高我國優質農產品的檢測技術水平，完善優質農產品的品質評價體系，促進優質農產品的生產與銷售，減少在收購環節人工檢測農產品品質造成的爭議。

參考文獻

［1］ 刁志華，王會丹，魏偉．機器視覺在農業生產中的應用研究［J］．農機化研究，2014（7）:206-211.

［2］ 黃漸強.基于DSP的圖像處理平臺的研究［D］.長春：長春理工大學,2011.

［3］ 王躍宗,劉京會.DSP應用系統設計與開發［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［4］ 彭啟宗,管慶.DSP集成開發環境CCS及DsPBIOS的原理與應用［M］.北京:電子工業出版社,2004.

［5］ 何東健.數字圖像處理［M］.西安:西安電子科技大學出版社,2003.