綜上所述，并結(jié)合棉結(jié)的反射特性，可知光強(qiáng)和面積構(gòu)成了進(jìn)行棉結(jié)識(shí)別的主要特征，本文即結(jié)合該特征來設(shè)計(jì)棉結(jié)檢測(cè)算法程序。
2 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)合棉纖維的光電性質(zhì)，為了突出棉纖維的圖像質(zhì)量，并保證能夠很好地被攝像機(jī)采集，需要設(shè)計(jì)合理的光源系統(tǒng)和曝光控制電路。同時(shí)根據(jù)棉網(wǎng)中棉結(jié)或雜質(zhì)特征（構(gòu)成模式識(shí)別的主要特征）設(shè)計(jì)的檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)選用了 DSP+FPGA的圖像處理硬件架構(gòu) [7-9]。為了和現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)相兼容，添置與常用 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的連接模塊。整個(gè)系統(tǒng)的組成如下圖1。
 
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2.1 光源部分設(shè)計(jì)光源部分包括曝光控制器和面陣 LED燈板，曝光控制器接收到中央處理單元發(fā)出的指令后，控制面陣 LED燈板閃光(或面陣LED燈常亮而不用曝光控制器)。面陣 LED燈板采用漫射均勻照射（根據(jù)前面提出的幾類棉結(jié)中的光反射和投射性質(zhì)選擇使用反射光或投射光）。
2.2 攝像機(jī)的選擇攝像機(jī)可以選擇面陣或線陣CCD，這兩類 CCD接口中，例如模擬視頻、Camera Link接口、Gigabi Ethernet 接口，在 DSP+FPGA架構(gòu)中連接很方便。一般地，對(duì)于只需要對(duì)棉網(wǎng)進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)的情況，可以選擇性價(jià)比高的模擬面陣攝像機(jī)；對(duì)于需要實(shí)時(shí)檢測(cè)棉網(wǎng)或者高速運(yùn)動(dòng)物體的疵點(diǎn)或雜質(zhì)，甚至需要剔除的場(chǎng)合，就要選用線陣 CCD相機(jī)。
2.3 DSP+FPGA硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)

本部分主要包括攝像機(jī)圖像數(shù)據(jù)采集接口、光源曝光電路控制接口、PLC信號(hào)接口以及檢測(cè)算法的設(shè)計(jì)。如果需要網(wǎng)絡(luò)控制，還需要在該架構(gòu)上設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口。這些功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠 DSP+FPGA硬件處理架構(gòu)。
DSP+FPGA架構(gòu)中 DSP芯片采用美國 TI公司的TMS320DM642，F(xiàn)PGA芯片采用ALERA公司的 EP1K100，EP1K100用來完成 DSP的初始化配置、系統(tǒng)的邏輯控制以及其它輔助計(jì)算。TMS320DM642系列 DSP基于 C64X內(nèi)核，并以其在 600MHz時(shí)鐘下運(yùn)算速度可高達(dá)每秒 4800百萬條指令（MIPS），占有對(duì)高速控制器和隊(duì)列處理器數(shù)值性能的操作靈活性。該系列 DSP核處理器有64個(gè)32位字長的通用寄存器和8個(gè)獨(dú)立的功能單元，8個(gè)功能單元的VelociTI.2擴(kuò)展包括新的提高視頻畫面處理性能的指令和 VelociTI結(jié)構(gòu)的并行處理機(jī)制的擴(kuò)充。 DM642可以每周期處理 4個(gè) 32位的積之和運(yùn)算，每秒即可有 2400百萬積之和（MMACS）運(yùn)算，或者是每周期 8個(gè)8位的積之和運(yùn)算即每秒 4800百萬積之和（MMACS）運(yùn)算。同時(shí) TMS320DM642使用兩級(jí)基于緩存的結(jié)構(gòu)，可以配置為映射存儲(chǔ)區(qū)、緩沖區(qū)，或者兩者的結(jié)合。以上所述特點(diǎn)，為檢測(cè)算法的編程實(shí)現(xiàn)提供了有力保證。
TMS320DM642的外設(shè)部件包括：3個(gè)可配置的視頻口；1個(gè) 10/100Mb/s以太網(wǎng)；1個(gè)數(shù)據(jù)輸入輸出管理模塊；1個(gè) VCXO內(nèi)插控制接口（VIC）；1個(gè)多路音頻串口（McASP0）；一個(gè)I2C總線模塊；2個(gè)多通道緩沖串口；3個(gè) 32位的通用定時(shí)器；1個(gè)用戶可配置的 16位或32位主機(jī)接口（HPI16/HPI32）；1個(gè)外圍部件接口（PCI）；1個(gè) 16管腳的中斷和事件產(chǎn)生模式可編程的通用 I/O口；1個(gè) 64位的無縫連接的外部存儲(chǔ)器接口（EMIFA），可以連接同步或者異步的存儲(chǔ)器和外設(shè)。對(duì)于模擬視頻接口的相機(jī)提供了無縫接口，如果需要連接Camera Link接口的相機(jī)，可以擴(kuò)展數(shù)字接口。
2.4 PLC接口設(shè)計(jì)
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，PLC裝置通常采用 24VDC電壓供電，而 DSP及FPGA供電電壓都在 5VDC以內(nèi)，為了和現(xiàn)場(chǎng)原有主機(jī)上的信號(hào)報(bào)警、信息顯示終端及控制信號(hào)形成控制回路，必須設(shè)計(jì)PLC接口電路，使從DSP輸出的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換后能與原有PLC裝置相連。
3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果
該裝置加裝在梳棉機(jī)上拍攝圖2，圖中左側(cè)使用模擬面陣攝像機(jī)拍攝得棉網(wǎng)圖片（擇取圖片中的部分，便于放大顯示），右側(cè)為檢測(cè)到的棉結(jié)并且使用紅色標(biāo)記。
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