基于Matrox Iris P 系列智能相機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告設(shè)計(jì)題目：基于Matrox Iris P 系列智能相機(jī) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述一、本課題研究的背景、目的及意義 智能相機(jī)(Smart Camera)并不是一臺(tái)簡(jiǎn)單的相機(jī)，而是一種高度集成化的微小型機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機(jī)內(nèi)，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)的機(jī)器視覺(jué)解決方案。同時(shí)，由于應(yīng)用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲(chǔ)技術(shù)，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用需求1。 智能相機(jī)是指通過(guò)傳感器(即圖像攝取裝置，分CMOS和

2、CCD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作2。智能相機(jī)不但能夠獲取圖像，同時(shí)還能夠描述和分析它們所“看”到的圖像，因此被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)，監(jiān)視和運(yùn)動(dòng)分析等領(lǐng)域。隨著對(duì)實(shí)時(shí)圖像處理需求的不斷增長(zhǎng)，智能相機(jī)被集成到各種應(yīng)用中以提供低費(fèi)用、低能耗的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不但能夠完成圖像的處理和壓縮，還能夠運(yùn)行大量的算法以便從視頻流中提取有用的信息。九十年代早期就有一些公司從事智能相機(jī)的商業(yè)化的研究，IVP公司的MAPP2200和1100系列可能是最早進(jìn)

3、入到應(yīng)用中的產(chǎn)品，同時(shí)Mitsubishi公司也研制出了一些視覺(jué)傳感器原型，當(dāng)時(shí)應(yīng)用最廣泛的可能是Kodak或是Motorola的采用APS技術(shù)的產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行圖像的壓縮3。智能相機(jī)的特點(diǎn)是能夠提高生產(chǎn)制造的柔性和自動(dòng)化程度4。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人類視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合，如鋼廠對(duì)鋼板或鋼帶的檢驗(yàn)，造紙廠對(duì)紙張的均勻度，亮度等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，就常用智能相機(jī)來(lái)替代人類視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人類視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用智能相機(jī)可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且智能相機(jī)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線上產(chǎn)品的檢驗(yàn)結(jié)果的分析可以實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)線的運(yùn)行情況

4、進(jìn)行監(jiān)控，并將結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，以隨時(shí)對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)整。因此，智能相機(jī)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。正是由于智能相機(jī)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們將智能相機(jī)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。二、本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、在國(guó)外，智能相機(jī)的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40一50都集中在半導(dǎo)體行業(yè)5。具體如PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件：電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊

5、材料等。SMT表面貼裝：SMT工藝與設(shè)備、焊接設(shè)備、測(cè)試儀器、返修設(shè)備及各種輔助工具及配件、SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、清洗荊等；再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備。電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工程模具。智能相機(jī)系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。 在國(guó)內(nèi)，以上行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加之智能相機(jī)產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，導(dǎo)致以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白，即便是有，也只是低端方面的應(yīng)用6。目前在我國(guó)隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對(duì)采用圖像和機(jī)

6、器視覺(jué)技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化、智能化需求開(kāi)始廣泛出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開(kāi)始了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用：其主要應(yīng)用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測(cè)等領(lǐng)域，這些應(yīng)用大多集中在如藥品檢測(cè)分裝、印刷色彩檢測(cè)等。2、數(shù)字圖像處理技術(shù)是20世紀(jì)60年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和VLS（Very Large Scale Integration）的發(fā)展而產(chǎn)生、發(fā)展和不斷成熟起來(lái)的一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域，它在理論上和實(shí)際應(yīng)用中都取得了巨大的成就7。 從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)向更高、更深層次發(fā)展11。人們

7、已開(kāi)始研究如何用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，類似人類視覺(jué)系統(tǒng)理解外部世界，這被稱為圖像理解或計(jì)算機(jī)視覺(jué)。很多國(guó)家，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家投入更多的人力、物力到這項(xiàng)研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的視覺(jué)計(jì)算理論，這個(gè)理論成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想12。20世紀(jì)80年代末期，人們開(kāi)始將其應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)，研究海圖的自動(dòng)讀入、自動(dòng)生成方法。數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展14。 數(shù)字圖像處理技術(shù)的大發(fā)展是從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始的。自1986年以來(lái)，小波理論與變換方法迅速發(fā)展，它克服了傅里葉分析不能用于局部分析等方面的不足之處，被認(rèn)為是調(diào)和分析半個(gè)世紀(jì)

8、以來(lái)工作之結(jié)晶。Mallat在1988年有效地將小波分析應(yīng)用于圖像分解和重構(gòu)。小波分析被認(rèn)為是信號(hào)與圖像分析在數(shù)學(xué)方法上的重大突破。隨后數(shù)字圖像處理技術(shù)迅猛發(fā)展，到目前為止，圖像處理在圖像通訊、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、衛(wèi)星照片傳輸及分析和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多。 進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和相關(guān)理論的不斷完善，數(shù)字圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開(kāi)拓性成就。屬于這些領(lǐng)域的有航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測(cè)、機(jī)器人視覺(jué)、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等。 近些年來(lái),各國(guó)學(xué)者致力于數(shù)字圖像的全自動(dòng)分析研究,力爭(zhēng)使計(jì)算機(jī)的識(shí)別和理解能夠按照人的認(rèn)識(shí)

9、和思維方式獨(dú)立地工作,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的圖像解釋和定量分析,并已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展,但也存在很多尚待解決的問(wèn)題,比如圖像的處理速度、可靠性、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、不同應(yīng)用領(lǐng)域理論的完善等。參考文獻(xiàn)1肖傳偉、周懷得等；智能相機(jī)的設(shè)計(jì)研究J；微計(jì)算機(jī)信息；2007，1-22 Data Sheet of: Technical Specification Model NO.: PD064VT5. PRIME VIEW INTERNATIONAL CO.,LTD. May,2004.3吟嘯；發(fā)展什么樣的相機(jī)J；照相機(jī)；1996年09期4賈天洲；我對(duì)機(jī)械相機(jī)情有獨(dú)鐘J；照相機(jī)；1999年03期5 錢競(jìng)業(yè)；機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展

10、方向探討J；現(xiàn)代制造；2006年06期6徐光輝，程?hào)|旭，黃如等著；基于FPGA的嵌入式開(kāi)發(fā)與應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社；2006.7加拿大Matrox公司 Meteor-數(shù)字圖像捕捉卡開(kāi)發(fā)之南 20018CHALIMBAUD P, BERRY F. Embedded active vision system based on an FPGA architecture J. Journal on Embedded Systems, 2007, (2) :1-12.9葉學(xué)義，莊鎮(zhèn)泉，李軍，張?jiān)瞥灰环N新穎的虹膜識(shí)別算法 J；電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)；2003(3) 10 Data Sheet of: LM

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12、教程M ；2003 16王治森，孫福清等；基于Windows CE的開(kāi)放式CNC系統(tǒng)研究J；制造業(yè)及其自動(dòng)化；2000(3):23-26.17向世明；visual c+數(shù)字圖象與圖形處理；北京：電子工業(yè)出版社；200518張宏林Visual C+數(shù)字圖像模式識(shí)別技術(shù)及工程實(shí)踐；北京：人民郵電出版社； 200419Huang Kai.Xu Zhiwei Scalable parallel computers for real-time signal processing 1996(4) 20 Data Sheet of: Specifications for ispLSI 1048C. Latt

13、ice Semiconductor Corporation. August2000.a 21 Data Sheet of: 2-Megabit 3-volt Only Flash Memory AT29LV020. Atmel Corporation.May, 200221 Data Sheet of: TMS320C54X Cpu &Peripherals. TI. April, 1999.22 Data Sheet of: Technical Specification Model NO.: PD064VT5. PRIME VIEW INTERNATIONAL CO.,LTD. May,2

14、004. 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：一、本課題要研究或解決的問(wèn)題1、 學(xué)習(xí)理解Matrox Iris p-series智能相機(jī)的工作原理，學(xué)會(huì)智能相機(jī)的安裝與調(diào)試，學(xué)會(huì)使用智能相機(jī)的常用命令；2、 掌握數(shù)字圖像處理基本原理，學(xué)會(huì)使用Microsoft eMbedded Visual C+軟件編程；3、 針對(duì)Matrox Iris p-series智能相機(jī)，認(rèn)真學(xué)習(xí)研究智能相機(jī)的用戶手冊(cè)，掌握里面的圖像處理技術(shù)，編寫能夠?qū)崟r(shí)處理圖像的程序；二、擬采用的研究手段1、Matrox Iris P系列智能相機(jī)組成、結(jié)構(gòu)圖及工作原理 Matrox I

15、ris P系列將傳統(tǒng)智能相機(jī)的集成性與傳統(tǒng)的基于PC的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的靈活性相結(jié)合，獲得雙贏優(yōu)勢(shì)。Matrox Iris P系列是一套完全可以通過(guò)編程控制的設(shè)備，允許OEM和集成商根據(jù)他們各自的垂直市場(chǎng)作自定義擴(kuò)展。其嵌入式Intel構(gòu)架處理器提供的計(jì)算能力可以應(yīng)對(duì)典型的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用程序。Matrox Iris P系列用一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其性能和穩(wěn)定性，這兩點(diǎn)對(duì)于重大的機(jī)器視覺(jué)項(xiàng)目的應(yīng)用程序十分必要15。熟悉的Windows編程環(huán)境使學(xué)習(xí)曲線最小化，開(kāi)發(fā)靈活性最大化，同時(shí)已有十年之久的Matrox Imaging Library(MIL)編程工具提供圖像處理和分析工具，這樣，OEM和集成商可以

16、自信快速的完成任務(wù)。 （1）主要特征： 強(qiáng)有力的嵌入式Intel構(gòu)架處理器；在Microsoft Windows CE. NET實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下運(yùn)行用熟悉的Microsoft 開(kāi)發(fā)環(huán)境和Matrox Imaging Library(MIL)；基于網(wǎng)絡(luò)的配置與監(jiān)控；高保真黑白或彩色CCD芯片；外觸發(fā)或內(nèi)部控制電子快門；網(wǎng)絡(luò)接口；RS-232串口通訊；輔助數(shù)字I/O；堅(jiān)固的單或雙片工業(yè)設(shè)計(jì)；（2）軟件環(huán)境 Matrox Iris P系列預(yù)裝了Microsoft Windows CE .NET這一實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)能力強(qiáng)（例如：即使在CPU占用率極高的情況下，對(duì)于中斷信號(hào)和任務(wù)切換信號(hào)都會(huì)有確定

17、的回應(yīng)），啟動(dòng)和關(guān)閉的速度快16。在Microsoft Windows CE .NET下用Win32 API的子系統(tǒng)編程包含一個(gè)跨越平臺(tái)的環(huán)境。C/C+應(yīng)用程序源代碼是用在PC上運(yùn)行的Microsoft嵌入式 Visual C+ 編寫成的。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接可以下載到相機(jī)執(zhí)行，并可以通過(guò)同一網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程的用在PC上運(yùn)行的嵌入式 Visual C+對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。（3）Matrox iris P系列智能相機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.1所示： 圖1.1 Matrox iris P系列智能相機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（4）智能相機(jī)的工作原理 一般智能相機(jī)系統(tǒng)由六部分組成，光學(xué)系統(tǒng)、圖像攝取裝置、圖像處理模塊、通信控制模塊、顯

18、示模塊和實(shí)時(shí)記錄模塊。如圖1.2所示：光學(xué)系統(tǒng)圖像攝取裝置 圖像處 理模塊實(shí)時(shí)記錄模塊 通信控制模塊 顯示模塊圖1.2 智能相機(jī)系統(tǒng)的組成框圖 智能相機(jī)的工作過(guò)程如下：光學(xué)系統(tǒng)為圖像攝取裝置(即圖像傳感器，分CMOS和CCD兩種)提供清晰的圖像，圖像傳感器把光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨?shù)字信號(hào)(即數(shù)字圖像)；圖像處理模塊對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息來(lái)抽取目標(biāo)的特征并根據(jù)特征對(duì)處理的目標(biāo)進(jìn)行分類；通信控制模塊根據(jù)處理結(jié)果給出相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)作，也可以接受外部控制信息；顯示模塊用來(lái)在調(diào)試時(shí)對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，一般調(diào)試完畢就很少使用；記錄設(shè)備可以記錄工作信息，以提供一段時(shí)間

19、內(nèi)的統(tǒng)計(jì)信息。圖像傳感器是智能相機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它完成光-電信號(hào)轉(zhuǎn)換，新型的固體攝像器件CCD、CMOS等逐漸成熟，由于其集成度高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信噪比高，易于與圖像處理系統(tǒng)連接，價(jià)格便宜等因素，在智能相機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。圖像處理模塊提取數(shù)字圖像信號(hào)，通過(guò)圖像預(yù)處理(包括去除噪聲、圖像增強(qiáng))、圖像分割(將圖像與背景分離)、特征提取、模式分類，將不同的產(chǎn)品或缺陷識(shí)別出來(lái)，并通過(guò)通信與控制模塊傳輸控制信號(hào)來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。圖像處理模塊是智能相機(jī)的關(guān)鍵部分，它決定了整個(gè)系統(tǒng)的功能，處理精度和速度。2、采用的技術(shù)方案和實(shí)驗(yàn)方法本課題的主要目的是利用嵌入式Visual C+ 4.0編譯程序，并下載到智能

20、相機(jī)中，完成圖像處理。通過(guò)圖像的預(yù)處理（包括去除噪聲、圖像增強(qiáng)、圖像分割（將圖像與背景分離）、特征提取、模式分類，將不同產(chǎn)品或缺陷識(shí)別出來(lái)17。（1）去除噪聲：在實(shí)際應(yīng)用中，我們的智能相機(jī)獲取的原始圖像不是完美的，例如對(duì)于智能相機(jī)獲取的原始圖像，由于噪聲、光照等原因，圖像的質(zhì)量不高，所以需要進(jìn)行預(yù)處理，以有利于提取我們感興趣的信息。傳統(tǒng)的去噪方法有兩種：1）空間域上對(duì)噪聲進(jìn)行處理 如果圖像中只有加性噪聲的存在，通?？梢栽诳臻g域上對(duì)噪聲進(jìn)行處理。一般采用以下幾種濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像去噪：均值濾波器、順序統(tǒng)計(jì)濾波器、自適應(yīng)濾波器。2）在頻率域上對(duì)噪聲進(jìn)行處理： 如果圖像的噪聲是周期性的，通常是在頻率域上對(duì)