利用FPGA加快嵌入式视觉的设计

据嵌入式视觉联盟所述，“嵌入式视觉”是指将计算机视觉实际应用至机器中，这些机器可以通过视觉方法了解周边环境。计算机视觉可以使用数字处理和智能算法解释图像或视频的含义。 

传统上，计算机视觉通常实施在计算机或处理器板中，比如通用图形处理器 (GPGPU) 和数字信号处理器 (DSP)。它始终是软件层面上的操作。然而，用于计算机视觉的算法日益复杂且占用大量计算资源。这导致了软件瓶颈、高功耗以及性能下降。因此，设计者、开发者和工程师开始将计算机视觉设计应用到可重新配置的设备中，尤其是现场可编程门阵列 (FPGA)，以优化实时性能并降低功耗。FPGA 也为硬件加速提供了一种可重新编程的解决方案，这可以大大缩短设计周期。 

作为行业领先的 FPGA 制造商，Xilinx 为嵌入式视觉开发商提供了一系列支持硬件和软件设计的技术。此外，Xilinx 推出的 Zynq 系列集成了处理器 (ARM Cortex A9) 的软件可编程性与 FPGA 的硬件可编程性，为开发商提供了无与伦比的系统性能、灵活性和可扩展性水平。许多嵌入式视觉应用都是围绕 Xilinx Zynq 而设计的。

最近，Digilent 推出了一款基于 Xilinx Zynq 7020 的嵌入式视觉套件。对于任何一位想开发自己的嵌入式视觉产品和应用，或想了解嵌入式视觉概念的人来说，这都是一款有价值的工具。这款套件包含 Digilent (164-3487) Zybo Z7-20 Zynq-7000 ARM/FPGA SoC 开发板、 (174-1555) Pcam 5C 5 兆像素彩色摄像头模块和 15 引脚柔性扁平排线 (FFC)。

借助 Zynq-7000 ARM/FPGA SoC 平台加速嵌入式视觉的发展

(164-3487) Digilent Zybo Z7 是 ARM/FPGA SoC 平台广受欢迎的 ZYBO 系列的最新产品。Zybo Z7 围绕 Xilinx Zynq 添加了一系列丰富的多媒体和连通性外围设备，创建出一款功能强大的单板计算机 - 这还没有考虑 FPGA 的灵活性和强大功能。硬件设计者和软件开发者可以无缝集成 FPGA 和 CPU 功能。   

ZYBO Z7 的视频功能集包括一个兼容 MIPI CSI-2 的 Pcam 接口、HDMI 输入、HDMI 输出和高 DDR3L 带宽。此开发板随附 SDSoC 凭证。SDSoC™该开发环境提供类似嵌入式 C/C++ 应用的开发体验，包括易于使用的 Eclipse IDE 和适用于多种 Zynq®完全可编程 SoC 的综合设计环境。

使用 5 MP 固定焦点型彩色摄像头模块捕捉高清视频信号

Digilent (174-1555) Pcam 5C 是一款专门与 FPGA 开发板一起使用的成像模块。该模块的核心元件是 Omnivision OV5640 系列的 5 兆像素 (MP) 彩色图像传感器。该传感器包含多种有助于提高图像质量的内部处理功能，其中包括自动白平衡、自动黑色电平校准，以及用于调节饱和度、色调、伽玛值和清晰度的控件。数据通过双通道 MIPI CSI-2 接口传输，这可提供充足的数据带宽，能够支持常见的视频流格式，比如 1080p（每秒 30 帧）和 720p（每秒 60 帧）等。该模块通过 15 针柔性扁平排线 (FFC) 连接至 FPGA 开发板。Pcam 5C 包含一组开源 Xilinx Vivado IP 内核、一根 10 cm 的柔性扁平排线，以及一个工厂安装的定焦镜头（带 M12 镜头安装座），因此开箱即用。

入门指南

Digilent 提供有一个演示项目，以帮助用户开始使用该套件。此演示项目通过 (164-3487) Zybo Z7 HDMI 端口将视频数据从图像传感器传输至显示屏。演示中使用的所有 IP 既是免费的，又是开源的，其中包括 D-PHY 接收器、CSI-2 解码器、Bayer 至 RGB 转换器和伽玛校正。