碎碎思 · 11月4日

开源ISP(Infinite-ISP)介绍

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ISP(Image Signal Processor)我介绍了很多了,大家可以先看下面的文章,了解基本概念:

ISP算法及架构分析介绍
谈谈FPGA工程师如何做ISP

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图像信号处理器和 Infinite-ISP

ISP从图像传感器获取 RAW 像素,并将其转换为与人类对所捕获场景的感知相匹配的图像。ISP 是每个摄像头和视觉系统中必不可少的基本硬件处理器。

然而,大多数厂家的 ISP 实现细节并不公开,都是给一堆函数自己调用调试。因为厂商将 ISP 算法视为保持市场竞争力的独特秘诀。虽然之前介绍了很多开源ISP项目(优秀的 Verilog/FPGA开源项目介绍(二十六)- ISP (图像信号处理)),这些开源ISP仅仅是实验和探索,与商用的ISP相比,它们在性能、图像质量和实用性方面还有所欠缺。

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图:ISP 中的相机成像算法

上图来源:Karaimer and Brown,ECCV2016:https://karaimer.github.io/ca...

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图:SoC 中ISP成像原理的顶层框图

上图来源:Lluis Gomez:https://hdl.handle.net/2134/1...

Infinite-ISP 是成像和视觉社区的变革者。Infinite-ISP 的所有组件都开源,并记录整个开发过程,将浮点 ISP 管道引入其硬件实现。揭示 ISP 的内部工作原理,加速开发并鼓励专业人士、研究人员和开源硬件爱好者为整个成像和视觉社区做出贡献。

Infinite-ISP 介绍

Infinite-ISP 是一款开源硬件图像信号处理器开发套件,配有算法开发浮点模型、定点参考模型(Golden Model)、RTL ISP、FPGA / ASIC 实现和 ISP 调优工具等应用程序。开源 ISP 设计包提供具有竞争力的图像质量和性能,堪比现代SoC中ISP。

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图:Infinite-ISP硬件ISP开发套件

验证 Infinite-ISP 硬件图像信号处理器 (RTL ISP)。RTL ISP 经过 FPGA 验证,具有以下规格:

  • 适用于拜耳图像传感器的 10 位 4 百万像素Sensor
  • 最大帧尺寸:2592 x 1536
  • 最大帧率:30 fps
  • 像素吞吐量:高达 125 Mpix/s(可以增加帧大小,但会降低 fps)
  • 可选符合 ITU-R 标准的 YCbCr 输出:BT.601或BT.709
  • 可选 RGB、YCbCr444、YCbCr422 输出
  • 2A 统计引擎 (AWB、AE)
  • 多级降噪(Bayer、亮度)
  • 可配置处理管道,支持 ISP 调优工具

演示

为了演示Infinite-ISP使用流程,我们直接使用开源的二进制文件,目前支持的传感器包括:

  • Onsemi AR1335
  • Omnivision OV5647
  • Sony IMX219

本次选用 Onsemi AR1335 图像传感器进行演示。

按照下图搭建演示环境:

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1、烧写镜像

首先,去下面链接下载镜像:

https://github.com/10x-Engine...

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本次演示使用的FPGA开发板为:KV260

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a. 将电脑的 IP 地址更改为静态 IP 192.168.0.X,其中 X 可以是 2 到 254 之间的任意数字(111 除外)。网络掩码和网关应分别为 255.255.255.0 和 192.168.0.1。
b. 将以太网电缆与 Kria KV260 套件和电脑连接起来。
c. 将电源线插入 Kria KV260 套件的电源插孔。
d. 电路板通电后,一只手按住 FWUEN 按钮,另一只手按住 FWUEN 按钮的同时按下并释放 RESET 按钮,然后在释放 RESET 按钮 5-10 秒后释放 FWUEN 按钮。
e. 在电脑上打开浏览器,在地址栏中输入 192.168.0.111,如下所示:

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将打开套件的镜像恢复工具(如下所示),如果没有出现,请重复步骤 d。

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f.然后选择相应的镜像进行烧写。

2、运行 Infinite-ISP

将相关二进制文件刷入 FPGA 后,将与二进制文件对应的传感器连接到开发板上。

按照下图连接好线缆:

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上电后,Infinite-ISP 的输出将通过 HDMI 显示到显示器上。

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为了与 Infinite-ISP 实时交互, Infinite-ISP 还提供了一个串口的配置菜单,用户可以通过该菜单调整 Infinite-ISP、实时更改图像传感器的配置(例如曝光和增益设置),还可以在 SD 卡中捕获 RAW 和处理后的帧图像。

浏览 Infinite-ISP 交互菜单

通过串口连接到串口工具上(推荐PUTTY),波特率设置为115200。

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连接到串口后,FPGA将打印ISP中模块的中断数、接收图像的高度、宽度和类型 (di) ,如下所示:

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按任意键将出现 Infinite-ISP 配置菜单,如下所示:

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Infinite-ISP 配置菜单包含三个选项。可以更改传感器配置(例如曝光时间和模拟/数字增益)、启动连续帧的突发捕获、更改 ISP 参数,甚至调整传感器模块的焦点。接下俩重点讲解 ISP 参数。其他相关测试自行操作。

配置ISP参数:

通过“Configure ISP Parameters(配置 ISP 参数)”菜单选项可以配置多个 ISP 模块。ISP 配置菜单如下所示:

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输入要配置的模块编号。输入有效编号后将进入模块特定的配置菜单,其中将显示当前参数值,并提示选择要更改/配置的参数。

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选择要配置的参数后,将被引导至参数特定的菜单,其中将显示该参数的当前值并提示输入新值。

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输入新值后将被引导回模块特定的配置菜单,您这时候将看到更改的参数已经生效。

按“E”返回 ISP 配置菜单。

参考链接

https://karaimer.github.io/ca...
https://www.hackster.io/muham...
https://hdl.handle.net/2134/1... Karaimer and Brown,ECCV2016:

总结

Infinite-ISP总体实现的ISP非常完善,下面是其模块分类:

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整个项目不是干巴巴的代码,而是整体偏向商业SoC应用,包括上位机(本文未展示),适合学习算法和了解ISP,在此基础上甚至可以商用,开源协议Apache 2.0(参考Android系统)。

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如果大家比较感兴趣,后面再出一个如何使用 Vivado 从源代码构建 Infinite-ISP FPGA 项目的教程。

项目很完整,大家可以从GitHub上对项目提出自己的意见和建议~

开源链接

https://github.com/10x-Engine...
https://github.com/10x-Engine...

END

作者:碎碎思
来源:OpenFPGA

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