嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)在圖像采集中的研究

1、嵌,人j自片機(jī)凍;統(tǒng)仕圖斃K集丹究摘要:本文對(duì)圖像采集與處理技術(shù)的發(fā)展概況進(jìn)行闡述分析嵌入式單片機(jī)以及圖像采集硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)制止出基于ARF撇處理器的圖像采集與處理系統(tǒng)方案以實(shí)際仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行的可行性0關(guān)鍵詞:嵌入式單片機(jī)；圖像采集1圖像采集與處理技術(shù)的發(fā)展概況所謂的圖像采集與處理主要是指人們通過(guò)一止的儀器以及觀測(cè)手段對(duì)客觀事物的圖像信息進(jìn)行獲取運(yùn)用相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行處理使圖像的處理結(jié)果能夠幫助人們更好的了解客觀世界0圖像采集與處理技術(shù)依舊屬于新興技術(shù)領(lǐng)域在數(shù)字技術(shù)與微機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展的目目早下給數(shù)字圖像處理提供了先進(jìn)的技術(shù)手段0圖像采集與處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛主要包括:工業(yè)視覺(jué)中的工業(yè)檢

2、測(cè)、探傷、測(cè)量以及自動(dòng)生產(chǎn)流水線方面0空問(wèn)探測(cè)與遙感的地形地質(zhì)資源調(diào)查、預(yù)測(cè)自然災(zāi)害、處理氣象衛(wèi)星云圖等0生物醫(yī)學(xué)中的細(xì)胞分類、染色體分類、CT技術(shù)等方面與傳輸以及圖像的序列漢字印刷識(shí)別、據(jù)識(shí)集與處理系統(tǒng)中大多這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜統(tǒng)的集成度與保密性也快速發(fā)展嵌入式微處系統(tǒng)成功研發(fā)這種系集、圖像處理一體化低成本提高處理速度靈活具有很大的市場(chǎng)2數(shù)字圖像處理的基本(1)一股情況下數(shù)為一維信息并且信息辨率彩色512X512的圖像所以數(shù)字圖像處理對(duì)計(jì)儲(chǔ)容量的要求比較高0占用的頻帶要比語(yǔ)言信輸、存儲(chǔ)、處理等多個(gè)大成本較高所以對(duì)0通信領(lǐng)域的圖像壓縮處理0辦公自動(dòng)化中的別等0在傳統(tǒng)的圖像采以PC機(jī)作為處理主機(jī)

3、、易受干擾另外系很低0隨著科學(xué)技術(shù)的理器的圖像采集與處理統(tǒng)臺(tái)匕目匕夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)圖像采結(jié)構(gòu)更加緊湊有效降并且安裝方便、配置應(yīng)用刖目早0特占八、字圖像處理的信息大多里很大例如一幅高分就要求768kbit的數(shù)據(jù)縣里算機(jī)的計(jì)算速度以及存(2)數(shù)字圖像處理所息寬的多在成像、傳環(huán)節(jié)的技術(shù)難度都比較頻帶壓縮技術(shù)提出了更高的要求。（3）在數(shù)字圖像中，各個(gè)像素的相關(guān)性很大，并不獨(dú)立，在圖像畫面上會(huì)有很多像素有比較接近的灰度，相關(guān)系數(shù)會(huì)達(dá)到0.9以上，一般情況下，相鄰兩幀之間的相關(guān)性比幀內(nèi)相關(guān)性要大一些，所以，數(shù)字圖像處理具有很強(qiáng)的信息壓縮潛力。（4）由于二維圖像畫面不能反映三維景物信息，所以，針對(duì)三維景物一定要作

4、合適的假設(shè)與測(cè)量，通過(guò)知識(shí)來(lái)引導(dǎo)了解三維景物。（5）數(shù)字圖像處理之后會(huì)給人進(jìn)行觀察與評(píng)價(jià)，由于人的視覺(jué)系統(tǒng)比較復(fù)雜，在不同環(huán)境條件、視覺(jué)性能、情緒愛(ài)好下，會(huì)對(duì)已經(jīng)處理的圖像做出不同的評(píng)價(jià)3嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)在社會(huì)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展中都能夠創(chuàng)造出極大價(jià)值，實(shí)質(zhì)上，嵌入式系統(tǒng)以軟件與硬件為主，其中硬件為平臺(tái)的典型，能夠細(xì)化到處理器、硬件設(shè)備等構(gòu)件。在我國(guó)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用中，嵌入式系統(tǒng)是一種比較常見(jiàn)的形式，嵌入式系統(tǒng)大多通過(guò)系統(tǒng)移植技術(shù)，將微處理器“嵌入”到實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中來(lái)確保系統(tǒng)臺(tái)匕目匕化運(yùn)行0單片機(jī)是一種典型的嵌入式微控制器嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域到廣泛應(yīng)用與普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比嵌入式單片

5、機(jī)系統(tǒng)在系統(tǒng)構(gòu)成中最重要的部件是單片機(jī)系統(tǒng)在對(duì)設(shè)備的操作與管理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用0隨著單片機(jī)功臺(tái)匕目匕的不斷提升促進(jìn)了嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)是多種技術(shù)有效結(jié)合在一起的產(chǎn)物0嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜主要包括CPIU、SDRAM、Flash以及以太網(wǎng)接口等另外嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)還具有充足的資源裝載和運(yùn)行用戶的應(yīng)用程序總體來(lái)看嵌入式單片機(jī)具有體積小、低臺(tái)匕目匕耗、速度快的優(yōu)占八、同時(shí)還可以裝載與運(yùn)行嵌入式Linux操作系統(tǒng)04圖像采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖像采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由圖像傳感器、邏輯時(shí)序結(jié)構(gòu)、圖像幀存儲(chǔ)器、嵌入式單片機(jī)組成每一個(gè)硬件結(jié)構(gòu)都具有十分重要的作用其中

6、圖像傳感器在圖像采集系統(tǒng)中發(fā)揮著核心作用其次嵌入式單片機(jī)的作用也不容小覷嵌入式單片機(jī)可以器進(jìn)行設(shè)置有效對(duì)圖數(shù)、速度等進(jìn)行控制0圖像采集效率節(jié)約圖器中的心片輸出頻率較也比較快首先通過(guò)CP存儲(chǔ)到圖像幀儲(chǔ)存器中機(jī)系統(tǒng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行之后邏輯時(shí)序譯碼器發(fā)生器結(jié)合儲(chǔ)存器的片產(chǎn)生同步的地址信號(hào)總線的讀寫雙向操作目5基于ARA1嵌入式微處理統(tǒng)方案制止占兀整的圖像處理系統(tǒng)不能而且要求對(duì)圖像能文分析的嵌入式單片機(jī)用以ARA1嵌入式微處理作為時(shí)序控制單元來(lái)構(gòu)CCD）圖像傳感器為圖像輸通過(guò)12C總線對(duì)功臺(tái)匕目匕寄存像數(shù)據(jù)的輸出格式、位嵌入式單片機(jī)能夠提高像采集成本圖像傳感高并且圖像輸出速度PLD將傳感器輸出的圖像然后

7、通過(guò)嵌入式單片讀取與分析0讀出圖像會(huì)產(chǎn)生讀信號(hào)由地址選、寫信號(hào)、速度等來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像幀儲(chǔ)存器數(shù)據(jù)的0器的圖像采集與處理系僅要具備圖像采集功夠?qū)崟r(shí)分析與處理本在圖像采集系統(tǒng)中的應(yīng)器為核心單元以CPLD建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)采用入設(shè)備A/D轉(zhuǎn)換心片、CP,LD以及存儲(chǔ)器作為刖將所采集到的圖像傳輸系統(tǒng)可以對(duì)所采集的圖理處理結(jié)構(gòu)通過(guò)顯示直接執(zhí)行器件發(fā)出控制作0其中虛線刖頭為控?cái)?shù)據(jù)傳輸頻率與SDRAM伯勺以需要添加一FIpO緩存的緩沖避免產(chǎn)生數(shù)據(jù)統(tǒng)的工作流程為:ARTM向令由CFLD向CC）驅(qū)動(dòng)心號(hào)CC）傳感器所采集到轉(zhuǎn)換心片的數(shù)字化處理FIIFO半滿時(shí)會(huì)提示CP,LD到SDRAM4中寫滿一幀圖數(shù)據(jù)切換使ARP4能

8、夠讀最后由ARA1微處理器對(duì)圖統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為:在獲圖像信息之后經(jīng)過(guò)數(shù)介質(zhì)中進(jìn)行存儲(chǔ)每次端采集系統(tǒng)通過(guò)接口到ARM嵌入式系統(tǒng)中1該像特征進(jìn)行分析并處器顯示出來(lái)另外可以指令進(jìn)行相應(yīng)的操1制信號(hào)0由于A/D轉(zhuǎn)換的讀寫頻率不相匹配所器作為接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或頻率差異該系CF)LD發(fā)出信號(hào)采集指片發(fā)出驅(qū)動(dòng)編碼控制信的圖像模擬信號(hào)通過(guò)A/D寫入到FIFO緩存當(dāng)讀取FI二0數(shù)據(jù)并且寫入像之后C)LD內(nèi)部進(jìn)行取sDramq中的圖像數(shù)據(jù)像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理0該系圖像傳感器收集到的字化處理之后在存儲(chǔ)采集的圖像都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)處理，該系統(tǒng)通過(guò)高性能微處理器對(duì)圖像的結(jié)果進(jìn)行控制，做出判斷之后，最終輸出結(jié)6嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采

9、集時(shí)序仿真對(duì)于圖像采集與處理系統(tǒng)來(lái)講，能夠正常工作的前提是可以高效準(zhǔn)確的獲得所需圖像信息本次以Altera公司MAX700陳歹U的epm128s100芯片為例進(jìn)行嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集時(shí)序仿真實(shí)驗(yàn)，該芯片可預(yù)測(cè)性強(qiáng)、速度快，能夠滿足高速圖像采集的需求。Mcu_clk為單片機(jī)系統(tǒng)總線時(shí)鐘信號(hào)，rst為地址發(fā)生器清零信號(hào)，mcucs為單片機(jī)系統(tǒng)片選信號(hào)，mcuread為單片機(jī)系統(tǒng)讀信號(hào)，mcu_write為單片機(jī)系統(tǒng)寫信號(hào)，cpld_cs為CPLD片|選信,號(hào)，sram_，dr為地址發(fā)|生|器產(chǎn)生|的地址,信號(hào)，sramcs為圖像幀存儲(chǔ)器片選信號(hào)，sramread為圖像幀存儲(chǔ)器讀信號(hào)，sramw-ite為圖像幀存儲(chǔ)器寫信號(hào)，sramdata為圖像幀存儲(chǔ)器圖像輸出數(shù)據(jù)，mcudata為嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)幀存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)