DSP技术在农产品外观检测领域的应用研究

胡亚丹 苏健民

(1.佳木斯大学,黑龙江佳木斯 154007;2.东北林业大学,黑龙江哈尔滨 150040)お

摘要

设计了一个基于DSP的农产品质量检测系统。系统利用CCD摄像头获取农产品的图像，经过DSP对图像进行相关算法的处理，最后将处理结果显示在显示屏上。该系统可代替人工肉眼检测，提高检测效率和精度。

关键词 DSP；农产品外观检测；机器视觉；图像处理

中图分类号 SB126文献标识码 A文章编号 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

作者简介

胡亚丹（1982-），女，黑龙江佳木斯人，硕士研究生，研究方向：信号与信息处理。*通讯作者，教授，博士生导师，从事信号与信息处理、物联网方面的研究。

收稿日期 20140606

随着电子技术的飞速发展，机器视觉在各个领域得到了广泛应用。电子产品不断提高的性价比，与日益成熟的机器视觉技术结合在了一起，使其在农产品质量检测等方面具有广阔的应用前景。与人工检测相比，利用机器视觉的检测克服了人工检测的效率低、主观性大等诸多缺点。机器视觉技术与图像处理技术相结合，成为了农产品品质检测的重要技术之一［1］。

DSP 芯片，全称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP 芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法［2］。美国德克萨斯仪器公司（Texas Instruments，TI）在1982 年成功推出第1代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相继推出了2000、5000、6000 系列的DSP 芯片，分别在控制领域、语音通讯领域、视频领域获得了广泛的应用。随着DSP 芯片的发展，其DSP 系统的单位计算成本和功耗都大幅下降，因此也获得了越来越多的应用。为此，笔者介绍将机器视觉与DSP技术相结合，实现农产品质量自动检测的方法。

1DSP硬件平台

DSP硬件平台采用模块化的设计思想，将硬件电路分为DSP核心处理器、图像采集模块、图像输出模块、外接存储模块以及辅助电路模块。总体功能框图如图1所示。

图1DSP硬件总体功能框图

1.1 视频采集模块

视频采集模块的功能是将CCD摄像头提取的农作物的模拟图像通过视频解码电路转换成数字信号传送给DSP处理器进行处理。常用的视频解码芯片是TI公司的TVP5150AM芯片，它是一款高性能的视频解码芯片，最高可以采集10bit/像素，它的输出格式为BT656，它的特点是封装面积小，功率小。BT656数据流经过DSP的视频端口进入芯片内部。

1.2 DSP处理器

根据对农作物检测的要求的不同，可以选择不同型号的DSP处理器［3-5］。TMS320DM642是TI公司专门为视频应用领域设计的芯片，其强大的计算能力和丰富的片内设备成为多种视频处理应用的首选。TMS320DM642芯片采用C64x内核，具有8个处理单元，满负荷时可完成8个指令/周期，运算速度能达到5 760 MIPS。DM642具有丰富多变的外围接口，3个可灵活配置的视频端口（VPO~VP2)，2个多通道串行接口(McBSP)， 1个16/32位的主机接口(HPI)，1个多通道串行音频接口(McASP)，1个16位的通用输入/输出接口(GPIO)，1个10/100M以太网控制器(EMAC)接口，1个I2C总线模块等。DM642处理器的片上存储空间分为程序存储空间(L1P)和数据存储空间(L1D)，二者构成了哈佛结构，容量均为16k×8位。两个外部存储器接口(EMIF)，1个64位数据宽度EMIFA，1个16位数据宽度EMIFB，可与同步存储器(SDRAM、FIFO)、异步存储器(SRAM、EPROM)和FLASH存储器实现无缝连接，便于大量数据的存储。

1.3 图像输出模块

图像输出模块用来显示经过DM642处理后的视频图像，通过视频编码电路将数字信号转换成模拟信号再由终端显示器显示出来。常用的视频编码芯片是Philips公司推出的专用视频编码芯片SAA7121H。SAA7121H可将ITU-RBT.656格式的视频数据编码为PAL/NTSC制式的SECAMCVBS(复合视频信号)或S-Video(S端子)模拟视频信号，SAA7121H芯片内部集成了CVBS接口和S端子接口，方便了外围电路的设计。其功能强大，性价比高，被广泛使用。

1.4 外接存储模块

DM642 芯片最大支持1 G的外部存储器，实际作为嵌入式应用，对存储器的要求是够用就行，越少越好，不同的应用有不同的需求，例如只是语音应用，可能片内的高速存储器已经够用，如果是视频应用，可能需要一些外部扩展存储器，处理多路视频就可能需要更多的存储器。由于农产品质量检测系统的数据量比较大，所以需要在片外扩展存储器模块，以满足系统的需求。

系统中DM642芯片内核通过EDMA［即增强型 DMA(Enhanced Direct Memory Access, EDMA)］通道，经过EMIFA接口与外部的程序存储器(FLASH)和数据存储器(SDRAM)交换数据。因此，可以利用EMIF总线扩展外部存储器FLASH和SDRAM。

2农作物品质检测系统的软件实现

为了实现农作物外观品质检测系统的软件功能，将软件分成系统初始化、图像采集、图像处理和图像显示4个模块。系统的初始化模块主要是对DSP平台利用到的资源进行配置，并完成各模块的初始化；图像采集模块的作用是启动采集模块，并将数据存储在SDRAM中；图像处理模块是根据检测的目的，完成农作物图像的预处理以及各项指标的检测；图像显示模块的作用是启动显示模块，将结果显示在显示屏上。软件处理框图如图2所示。

图2 软件处理框图

其中，系统初始化包括存储器映射初始化、EMIFA初始化、中断向量表初始化、I2C总线初始化、视频编解码芯片初始化和视频口初始化等。

图像采集模块的功能是将摄像头采集到的图像经过TVP5150AM解码器解码成8位的ITU_R BT.656格式的视频数据流，然后再将视频数据流传送给DM642的VP0端口，最后通过EDMA将采集到的数据存入SDRAM中等待图像处理程序进行处理。图像采集是通过配置视频口的相关寄存器来完成的。处理的流程是先进行TVP5150AM的初始化，初始化成功后启动数据采集指令，然后通过EDMA将采集数据存入SDRAM中，采集结束置位帧中断，DSP响应中断并处理SDRAM中的数据。

图像处理模块主要是对图像采集模块采集到的图像数据进行处理。图像处理要用到很多算法，包括灰度化、滤波、图像分割、边缘检测等基础算法，还包括和不同的农作物相关的一些检测算法。这些算法通常都需要通过MATLAB等仿真软件仿真后才在DSP系统上进行编程实现。

图像显示模块的功能是将DM642处理后的ITU—R BT.656格式视频数据流通过VP0 口送给视频编码芯片SAA7121H，经编码后以CVBS复合视频格式输出给显示设备显示。图像显示程序设计流程为：先进行SAA7121H芯片初始化，初始化成功后启动数据输出指令，通过EDMA将采集数据存入SDRAM中，最后输出CVBS视频信号。

3 结语

目前，我国对农产品品质检测大部分还停留在算法分析上，只有少部分科研人员已经研制出可用于实际应用的系统，这些系统大多都是通过PC机完成控制功能，其缺点是运行速度慢、体积庞大、可移动性差。利用DSP代替通用PC机，能够很好地解决系统体积大、成本高等在实际中带来的问题。今后DSP技术在农产品质量检测领域的应用将会越来越广泛，这必将提高我国优质农产品的检测技术水平，完善优质农产品的品质评价体系，促进优质农产品的生产与销售，减少在收购环节人工检测农产品品质造成的争议。

参考文献

［1］ 刁志华，王会丹，魏伟．机器视觉在农业生产中的应用研究［J］．农机化研究，2014（7）:206-211.

［2］ 黄渐强.基于DSP的图像处理平台的研究［D］.长春：长春理工大学,2011.

［3］ 王跃宗,刘京会.DSP应用系统设计与开发［M］.北京:人民邮电出版社，2009.

［4］ 彭启宗,管庆.DSP集成开发环境CCS及DsPBIOS的原理与应用［M］.北京:电子工业出版社,2004.

［5］ 何东健.数字图像处理［M］.西安:西安电子科技大学出版社,2003.