Διάγραμμα κυκλώματος ενός έργου επεξεργασίας ψηφιακής εικόνας;

Δεν υπάρχει ενιαίο "Διάγραμμα κυκλώματος" για ένα έργο ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας. Η πολυπλοκότητα εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το πεδίο εφαρμογής του έργου και το επίπεδο επεξεργασίας. Ένα απλό έργο μπορεί να χρησιμοποιήσει έναν μικροελεγκτή, ενώ ένας πιο προηγμένος θα μπορούσε να απαιτήσει μια συστοιχία πύλης (FPGA) ή ακόμα και ένα προσαρμοσμένο ASIC.

Ωστόσο, μπορώ να περιγράψω ορισμένα κοινά στοιχεία και αρχιτεκτονικές που μπορεί να βρείτε σε διαφορετικούς τύπους έργων επεξεργασίας ψηφιακών εικόνων:

1. Απλό έργο (π.χ. βασικό όριο εικόνας σε μια μικρή εικόνα χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή):

* Αισθητήρας εικόνας: Έναν αισθητήρα CMOS ή CCD για να συλλάβει την εικόνα. Αυτό συχνά διαθέτει ενσωματωμένο μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC).

* Microcontroller (π.χ. Arduino, ESP32): Επεξεργάζεται τα δεδομένα ψηφιακής εικόνας.

* μνήμη (π.χ. SRAM): Αποθηκεύει τα δεδομένα εικόνας.

* οθόνη (π.χ. LCD): Δείχνει την επεξεργασμένη εικόνα.

Απλοποιημένο διάγραμμα μπλοκ:

`` `

[Αισθητήρας εικόνας (με ADC)] -> [Microcontroller (με SRAM)] -> [Εμφάνιση]

`` `

2. Πιο πολύπλοκο έργο (π.χ. ανίχνευση ακμής σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας FPGA):

* Αισθητήρας εικόνας (με ADC): Υψηλότερη ανάλυση και ενδεχομένως υψηλότερος ρυθμός καρέ από το απλό έργο.

* FPGA (π.χ., Xilinx Artix, Altera Cyclone): Παρέχει παράλληλες δυνατότητες επεξεργασίας για ταχύτερη επεξεργασία εικόνας. Το FPGA θα περιέχει προσαρμοσμένη λογική για αλγόριθμους ανίχνευσης άκρων (π.χ. χειριστής SOBEL).

* μνήμη (π.χ., DDR SDRAM): Μεγαλύτερη χωρητικότητα μνήμης για την αντιμετώπιση εικόνων υψηλότερης ανάλυσης και ενδεχομένως ρυθμιστικού πλαισίου.

* διασύνδεση υψηλής ταχύτητας (π.χ., MIPI CSI-2): Για γρήγορη μεταφορά δεδομένων μεταξύ του αισθητήρα και του FPGA.

* οθόνη (π.χ. έξοδος HDMI): Για την εμφάνιση της επεξεργασμένης εικόνας.

Απλοποιημένο διάγραμμα μπλοκ:

`` `

[Αισθητήρας εικόνας (με ADC)]-[MIPI CSI-2]-> [FPGA (με DDR SDRAM)]-> [Έξοδος HDMI]

`` `

3. Πολύ περίπλοκο έργο (π.χ. αναγνώριση εικόνας υψηλής απόδοσης):

* Αισθητήρας εικόνας (με ADC): Αισθητήρας υψηλής ανάλυσης, υψηλής ταχύτητας καρέ.

* GPU (π.χ., Nvidia Jetson, Intel Movidius): Παρέχει μαζική παράλληλη ισχύ επεξεργασίας για πολύπλοκες αλγόριθμους όπως τα συνελαστικά νευρωνικά δίκτυα (CNNs).

* διασύνδεση υψηλής ταχύτητας (π.χ. PCIE): Συνδέει τη GPU με το υπόλοιπο σύστημα.

* μνήμη (π.χ. μνήμη GDDR): Μνήμη υψηλού ζώνη για τη GPU.

* CPU (π.χ. επεξεργαστής βραχίονα): Χειρίζεται τις εργασίες ελέγχου και μετα-επεξεργασίας πριν/μετά την επεξεργασία.

* Αποθήκευση (π.χ. SSD): Αποθηκεύει μεγάλα σύνολα δεδομένων και προ-εκπαιδευμένα μοντέλα.

* Εμφάνιση: Δείχνει τα αποτελέσματα.

Απλοποιημένο διάγραμμα μπλοκ:

`` `

[Αισθητήρας εικόνας (με ADC)]-[Διεπαφή υψηλής ταχύτητας]-> [GPU (με μνήμη GDDR)]-[PCIE]-> [CPU]-> [Display/Storage]

`` `

Βασικές εκτιμήσεις για το σχεδιασμό του κυκλώματος:

* τροφοδοτικό: Εξασφαλίστε επαρκή τροφοδοσία για όλα τα εξαρτήματα.

* ρολόι: Συγχρονίστε τη ροή δεδομένων μεταξύ των εξαρτημάτων.

* Δεδομένα δεδομένων: Κατάλληλο πλάτος και ταχύτητα λεωφορείων δεδομένων.

* Πρότυπα διεπαφής: Τηρούν τα σχετικά πρότυπα διασύνδεσης (π.χ., MIPI, SPI, I2C).

Για να πάρετε ένα συγκεκριμένο διάγραμμα κυκλώματος, πρέπει να ορίσετε:

* Η εργασία επεξεργασίας εικόνας: Ποιοι αλγόριθμοι θα εφαρμοστούν; (π.χ., κατώτατο όριο, ανίχνευση άκρων, φιλτράρισμα, αναγνώριση αντικειμένων)

* Ανάλυση εικόνας και ρυθμός καρέ: Πόσα δεδομένα πρέπει να υποβληθούν σε επεξεργασία;

* Απαιτήσεις σε πραγματικό χρόνο: Πρέπει να συμβεί η επεξεργασία σε πραγματικό χρόνο;

* πλατφόρμα υλικού: Microcontroller, FPGA, GPU ή κάτι άλλο;

Μόλις καθοριστούν αυτά, μπορείτε να αρχίσετε να σχεδιάζετε το συγκεκριμένο κύκλωμα και να δημιουργήσετε το διάγραμμα. Εργαλεία λογισμικού όπως το Altium Designer, Eagle ή Kicad μπορούν να βοηθήσουν στη δημιουργία των διαγραμμάτων κυκλωμάτων. Για σχέδια FPGA, θα χρειαστείτε επίσης λογισμικό σχεδιασμού FPGA (π.χ. Vivado, Quartus).