DSP應(yīng)用系統(tǒng)（三級）項(xiàng)目設(shè)計說明書基于DSP的形狀識別

1、信息與電氣工程學(xué)院 dspdsp 應(yīng)用系統(tǒng)（三級）項(xiàng)目應(yīng)用系統(tǒng)（三級）項(xiàng)目 設(shè)計說明書設(shè)計說明書 （2013/2014 學(xué)年第二學(xué)期） 題 目 ： 基于 dsp 的形狀識別 專業(yè)班級 ： 電子信息 1101 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計周數(shù) ： 2 周 設(shè)計成績 ： 2014 年 7 月 11 日 目目 錄錄 1 1 項(xiàng)目設(shè)計目的及任務(wù)項(xiàng)目設(shè)計目的及任務(wù).2 2 2 2 項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容.2 2 2.2.1 1 項(xiàng)目設(shè)計原理項(xiàng)目設(shè)計原理.2 2 2.1.2.1.1 1 數(shù)字圖像信號處理數(shù)字圖像信號處理.2 2 2.2.1 1.2.2 tms320vc5509tms320vc5509

2、 芯片介紹芯片介紹 .4 4 2.2.1 1 程序代碼程序代碼.5 5 3 3 項(xiàng)目設(shè)計心得項(xiàng)目設(shè)計心得.1 10 0 4 4 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1 10 0 1 1 項(xiàng)目設(shè)計目的項(xiàng)目設(shè)計目的 （1）通過 dsp 實(shí)驗(yàn)箱，讀取一幅圖像或者一路模擬視頻信號的采集與顯示； （2）掌握形式識別的原理； （3）掌握 dsp 實(shí)驗(yàn)箱環(huán)境與程序設(shè)計； （4）基于實(shí)驗(yàn)箱環(huán)境編寫形狀識別程序，對規(guī)則形狀進(jìn)行識別 2 2 項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容 2.12.1 項(xiàng)目設(shè)計原理項(xiàng)目設(shè)計原理 2.1.12.1.1 數(shù)字圖像信號處理數(shù)字圖像信號處理 （1）數(shù)字圖像直方圖統(tǒng)計：灰度直方圖是數(shù)字圖像處理中一個最簡單、最有用

3、的工具， 它描述了一幅圖像的灰度級內(nèi)容。任何一幅圖像的直方圖都包括了可觀的信息，某些類型 的圖像可由其直方圖完全描述。灰度直方圖是灰度值的函數(shù)， 描述的是圖像中具有該灰度 值的像素的個數(shù)，其橫坐標(biāo)表示像素的灰度級別，縱坐標(biāo)是該灰度出現(xiàn)的頻率(像素個數(shù)與 圖像像素總數(shù)之比)。 程序流程圖： 圖 1 直方統(tǒng)計流程圖 （2）數(shù)字圖像邊緣檢測：圖像的邊緣是圖像的最基本特征。所謂邊緣（或邊沿）是指 其周圍像素灰度有階躍變化或屋頂變化的那些像素的集合。邊緣廣泛存在于物體與背景之 間、物體與物體之間、基元與基元之間。因此，它是圖像分割所依賴的重要特征。物體的 邊緣是由灰度不連續(xù)性所反映的。 經(jīng)典的邊緣提取方

4、法是考察圖像的每個像素在某個鄰域內(nèi)灰度的變化，利用邊緣臨近 一階或二階方向?qū)?shù)變化規(guī)律，用簡單的方法檢測邊緣。這種方法稱為邊緣檢測局部算子 法。 邊緣的種類可以分為兩種：一種稱為階躍性邊緣，它兩邊的像素的灰度值有著顯著的 不同；另一種稱為屋頂狀邊緣， 它位于灰度值從增加到減少的變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 如果一個像素落在圖像中某一個物體的邊界上，那么它的鄰域?qū)⒊蔀橐粋€灰度級的變 化帶。對于這種變化最有用的兩個特征是灰度的變化率和方向，它們分別以梯度向量的幅 度和方向來表示。 邊緣檢測算子檢查每個像素的鄰域并對灰度變化率進(jìn)行量化， 也包括方向的確定。大 多數(shù)使用基于方向?qū)?shù)掩模求卷積的方法。 （3）sobel

5、 邊緣算子：在邊沿檢測中，常用的一種模板是 sobel 算子。sobel 算子有 兩個，一個是檢測水平邊沿的；另一個是檢測垂直平邊沿的。與和相比，sobel 算子對于 象素的位置的影響做了加權(quán)，因此效果更好。 sobel 算子另一種形式是各向同性 sobel(isotropic sobel)算子，也有兩個，一個是 檢測水平邊沿的 ，另一個是檢測垂直平邊沿的 。各向同性 sobel 算子和普通 sobel 算子 相比，它的位置加權(quán)系數(shù)更為準(zhǔn)確，在檢測不同方向的邊沿時梯度的幅度一致。由于建筑 物圖像的特殊性，我們可以發(fā)現(xiàn)，處理該類型圖像輪廓時，并不需要對梯度方向進(jìn)行運(yùn)算， 所以程序并沒有給出各向同

6、性 sobel 算子的處理方法。 由于 sobel 算子是濾波算子的形式，用于提取邊緣，可以利用快速卷積函數(shù)， 簡單有 效，因此應(yīng)用廣泛。美中不足的是，sobel 算子并沒有將圖像的主體與背景嚴(yán)格地區(qū)分開 來，換言之就是 sobel 算子沒有基于圖像灰度進(jìn)行處理，由于 sobel 算子沒有嚴(yán)格地模擬 人的視覺生理特征，所以提取的圖像輪廓有時并不能令人滿意。在觀測一幅圖像的時候， 我們往往首先注意的是圖像與背景不同的部分，正是這個部分將主體突出顯示，基于該理 論，我們給出了下面閾值化輪廓提取算法，該算法已在數(shù)學(xué)上證明當(dāng)像素點(diǎn)滿足正態(tài)分布 時所求解是最優(yōu)的。 sobel 算子是一個離散微分算子(d

7、iscrete differentiation operator)。它結(jié)合了高 斯平滑和微分求導(dǎo)，用來計算圖像灰度函數(shù)的近似梯度。下圖所示的兩個卷積核形成了 sobel 算子，圖像中的每個點(diǎn)都用這兩個核做卷積，一個核對通常的垂直邊緣相應(yīng)最大， 而另一個對水平邊緣相應(yīng)最大。兩個卷積的最大值作為該點(diǎn)的輸出位。運(yùn)算結(jié)果是一幅邊 緣幅度圖像。 圖 2 sobel 邊緣算子 程序流程圖： 圖 3 邊緣檢測流程圖 2.1.22.1.2 tms320vc5509tms320vc5509 芯片介紹芯片介紹 dsp 定點(diǎn)數(shù)字信號處理器（dsp）是基于 dsp tms320c55x 代 cpu 處理器核心。的 c

8、55x dsp 架構(gòu)通過增加并行性和減少功耗總重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了高性能和低功耗。支持的 cpu 內(nèi)部總線 結(jié)構(gòu)，是由一個程序讀取的數(shù)據(jù)總線，三總線，兩個數(shù)據(jù)寫入總線，和更多的公交車專用 外設(shè)和 dma 活動。這些巴士提供表演三數(shù)據(jù)的能力在一個周期內(nèi)讀取和寫入兩數(shù)據(jù)。同時， dma 控制器進(jìn)行了兩個數(shù)據(jù)傳輸周期獨(dú)立的 cpu 活動。提供兩個 cpu 的 c55x 乘累加 （mac）單元，每個具有 17 位17 位乘法的一個周期。 特征： *高性能，低功耗，定點(diǎn)數(shù)字信號處理器 tms320c55x * 6.94-ns 指令周期時間為 144 mhz 的時鐘速率在 1.6 v *一個/兩個指令（s）每個周期

9、執(zhí)行 *雙乘法器達(dá) 288000000 乘累加每秒（mmacs） *兩個算術(shù)/邏輯單元（alu） *三內(nèi)部數(shù)據(jù)、操作數(shù)讀公交車和兩個內(nèi)部數(shù)據(jù)/操作數(shù)寫入總線 * 128k 的16 位的芯片上的 ram，由： *64k 字節(jié)的雙端口存儲器（區(qū)）8 塊 4k16 位 *192k 字節(jié)的單一訪問 ram（saram）24 塊 4k16 位 *64k 字節(jié)的一個等待狀態(tài)的片上 rom（32k16 位） *816 位最大可尋址的外部存儲空間（同步動態(tài)隨機(jī)存儲器） *16 位外部并行總線內(nèi)存支持 *外部存儲器接口（emif）與 gpio 功能和無縫接口 *異步靜態(tài)存儲器（sram） *異步存儲器 *同步動

10、態(tài)隨機(jī)存取存儲器（sdram） * 16 位并行增強(qiáng)的主機(jī)接口（hpi）與 gpio 功能 *六裝置的功能結(jié)構(gòu)域可編程低功耗控制 *在芯片掃描為基礎(chǔ)的仿真邏輯 *片上外設(shè) 2.22.2 程序代碼程序代碼 image.c #include #define imagewidth 80 #define imageheight 80 #define modegraybar 0 #define modegray 1 #define modephoto1 2 #define modephoto2 3 #define modephoto3 4 #define modephoto4 5 #define mod

11、ephoto5 6 #define modephoto6 7 float fhistogram256; void initimage(unsigned int nmode,unsigned char *pimage,int nwidth,int nheight); unsigned char dbimageimagewidth*imageheight; unsigned char dbtargetimageimagewidth*imageheight; float circularity(unsigned char *pimage,unsigned char *pimage0,int nwid

12、th,int nheight,float fhisto256); float l,s,circularity0; /* 直方圖統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)程序 */ int main() initimage(modephoto1,dbimage,imagewidth,imageheight); /breakpoint sobel(imagewidth,imageheight); identification(modephoto1); initimage(modephoto2,dbimage,imagewidth,imageheight); /breakpoint sobel(imagewidth,imagehei

13、ght); identification(modephoto2); initimage(modephoto3,dbimage,imagewidth,imageheight); /breakpoint sobel(imagewidth,imageheight); identification(modephoto3); initimage(modephoto4,dbimage,imagewidth,imageheight); /breakpoint sobel(imagewidth,imageheight); identification(modephoto4); initimage(modeph

14、oto5,dbimage,imagewidth,imageheight); /breakpoint sobel(imagewidth,imageheight); identification(modephoto5); initimage(modephoto6,dbimage,imagewidth,imageheight); /breakpoint sobel(imagewidth,imageheight); identification(modephoto6); while (1);/breakpoint float circularity(unsigned char *pimage,unsi

15、gned char *pimage0,int nwidth,int nheight,float fhisto256) int i,j; unsigned int uwork; unsigned char *pwork,*pwork0; for ( i=0;i256;i+ ) fhistoi=0.0f; pwork=pimage0; for ( i=0;inheight;i+ ) for ( j=0;jnwidth;j+,pwork+ ) uwork=(unsigned int)(*pwork); fhistouwork+; l=fhisto255; for ( i=0;i256;i+ )fhi

16、stoi=0.0f; pwork0=pimage; for ( i=0;inheight;i+ ) for ( j=0;j59 initimage.c #include #define modegraybar 0 #define modegray 1 #define modephoto1 2 #define modephoto2 3 #define modephoto3 4 #define modephoto4 5 #define modephoto5 6 #define modephoto6 7 #define modeblock 6 #define modeincline 7 #defin

17、e modefphoto 8 #define graybarlevel 16 void readimage(unsigned char *pimage,char *cfilename,int nwidth,int nheight); void initimage(unsigned int nmode,unsigned char *pimage,int nwidth,int nheight) switch ( nmode ) case modephoto1: readimage(pimage,.circle1.bmp,nwidth,nheight); break; case modephoto2

18、: readimage(pimage,.squarence1.bmp,nwidth,nheight); break; case modephoto3: readimage(pimage,.triangle1.bmp,nwidth,nheight); break; case modephoto4: readimage(pimage,.squarence2.bmp,nwidth,nheight); break; case modephoto5: readimage(pimage,.triangle2.bmp,nwidth,nheight); break; case modephoto6: read

19、image(pimage,.circle2.bmp,nwidth,nheight); break; void readimage(unsigned char *pimage,char *cfilename,int nwidth,int nheight) int j; unsigned char *pwork; file *fp; if ( fp=fopen(cfilename,rb ) ) fseek(fp,1078l,seek_set); pwork=pimage+(nheight-1)*nwidth; for ( j=0;jnheight;j+,pwork-=nwidth ) fread(

20、pwork,nwidth,1,fp); fclose(fp); sobel.c #define imagewidth 80 #define imageheight 80 #include extern unsigned char dbimageimagewidth*imageheight; extern unsigned char dbtargetimageimagewidth*imageheight; int mi,mj,m_nwork1,m_nwork2; unsigned int m_nwork,*pwork; unsigned char *pimg1,*pimg2,*pimg3,*pi

21、mg; unsigned int x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9; void sobel(int nwidth,int nheight) int i; pimg=dbtargetimage; for ( i=0;iimagewidth;i+,pimg+ ) (*pimg)=0; (*pimg)=0; pimg1=dbimage; pimg2=pimg1+imagewidth; pimg3=pimg2+imagewidth; for ( i=2;inheight;i+ ) pimg+; x1=(*pimg1); pimg1+; x2=(*pimg1); pimg1+; x4

22、=(*pimg2); pimg2+; x5=(*pimg2); pimg2+; x7=(*pimg3); pimg3+; x8=(*pimg3); pimg3+; for ( mi=2;minwidth;mi+,pimg+,pimg1+,pimg2+,pimg3+ ) x3=(*pimg1); x6=(*pimg2); x9=(*pimg3); m_nwork1=abs(x7+x8+x8-x2-x2-x3); m_nwork2=abs(x3+x6+x6-x4-x4-x7); if (m_nwork1255 )m_nwork1=255; (*pimg)=m_nwork1; x1=x2; x2=x

23、3; x4=x5; x5=x6; x7=x8; x8=x9; (*pimg)=0; pimg+; 程序運(yùn)行結(jié)果： circularity0=59.205189.circle circularity0=63.320961.squarence circularity0=96.094772.triangle circularity0=63.429848.squarence circularity0=96.553711.triangle circularity0=59.391403.circle 3 3 項(xiàng)目設(shè)計總結(jié)或結(jié)論項(xiàng)目設(shè)計總結(jié)或結(jié)論 本學(xué)期學(xué)習(xí) dsp 的時間很短,芯片設(shè)計掌握的深度不夠，但通過此次課程設(shè)計，卻改變 了很多， 首先，對于