嵌入式課程設計--基于arm嵌入式圖像處理系統設計與實現(已修改)

2026-01-25 15:12 本頁面

　

【正文】基于ARM嵌入式圖像處理系統設計與實現《嵌入式系統設計及應用》課程是電類專業的主要技術基礎課。嵌入式系統設計及應用課程設計是學習嵌入式系統課程之后的實踐教學環節，是對課程理論和課程實驗的綜合和補充，其目的在于研究一種能夠進行高速圖像處理的嵌入式系統架構的設計與實現方法。針對嵌入式系統本身的特點，設計出具有較強通用性的嵌入式圖像處理平臺。圖像數據是一種重要的信息資源，隨著以計算機和計算機技術為核心的信息科學的發展，圖像處理在通訊、管理、醫學、地震、氣象、航空航天以及教育等領域，發揮著愈來愈重要的作用。嵌入式平臺擁有小巧、價格低廉、功耗小及維護成本低等優點。因此基于嵌入式平臺構建圖像處理系統可以降低其生產維護成本，提高其可靠性和可控件，具有較高的市場價值。本課設為了加深對《嵌入式系統設計及應用》課程知識的理解和綜合應用，培養學生綜合運用基礎理論知識和專業知識解決實際工程設計問題的能力，以及工程意識和創新能力。本課程設計設計采用的是一個240*320分辨率的16位液晶屏幕，可以通過操作S3C2410內部的相關寄存器來直接控制顯示，由于采用了ARM—Linux作為操作系統，可以直接操作“nux下的Framebuffer設備來完成圖像的顯示，幀緩沖(Framebuffer)是Linux為顯示設備提供的一個接口，把顯存抽象后的一種設備，他允許上層應用程序在圖形模式下直接對顯示緩沖區進行讀寫操作。這種操作是抽象的、統一的。用戶不必關心物理顯存的位置、換頁機制等等具體細節。這些都是由Framebuffer設備驅動來完成的。在應用程序中首先要打開Framebuffer設備，在Linux系統中Framebuffer設備一般映射為/dev/fb，可以有多個設備。然后調用ioctl提供的借口獲取設備信息，主要是獲得當Framebuffer設備的分辨率、色深、每一行數據占的字節數。關鍵的一步是將屏幕緩沖區映射到用戶空間，Framebuffer設備可以看成是顯存的映像，但是Linux所有的設備驅動均在內核態工作，所以無法在當前進程空間中直接訪問，通過映射機制可以直接把顯存的起始地址映射到當前進程的地址空間，從而可以快速方便的實現顯存，建立映射的方法如下：Pfd=mmap（0，FBDraw_finfo，smem_len，PROT_READ|PROT_WRFTE，MAP_SHARED,df,0）；//以read、write和share方式映射屏幕上左邊為（x,y）的點在顯存中的位置是：Pfd+x*（）3）+y*,對這個位置賦相應的顏色值就可以再屏幕上顯示出來。需要注意的是當色深（）不同時，顏色值的格式也不一樣。把經過圖像處理后的圖像數據或者采集到的原始圖像數據轉化成Framebuffer設備的顏色數據格式（RGB56RGB888等）后，將數據復制到從地址pfb開始的內存中，就可以事先圖像的顯示。圖像處理技術又稱“機器視覺”，乃是將被測對象的圖像作為信息的載體，從中提取有用的信息來達到測量的目的，具有非接觸、高速、獲得信息豐富等優點。系統一般通過攝像頭采集對象的圖像信息，然后通過處理系統對采集到的圖像進行數字化的處理和分析，根據檢測要求可得到對象的特征信息，隨后進一步對此進行判斷并輸出結果。如圖1 所示，連桿的表面缺陷通過一個方形LED漫反射光源均勻照亮待檢測的破口區域，光線照射到對象表面后，通過光學鏡頭成像在攝像頭內的光電耦合CCD 元件[3]上并轉化成相應的數字圖像信號，CCD 元件可理解為一個由感光像素組成的點陣，每一個像素都一一對應了被測對象的二維圖像特征。數字圖像信號經過圖像處理系統對圖像特征信息的提取和計算得到所需的測量值，隨后通過RS232 通訊接口把數據傳輸給PLC 進行邏輯判斷，判斷的結果直接通過設備前面板上的指示燈輸出。圖1 攝像頭采集對象的圖像信息 BMP文件的讀入在嵌入式平臺上，并沒有現成的BMP文件的庫函數可以使用。因此，如何把一個BMP文件讀人到內存中進行圖像處理算法移植的根本前提。本系統中，主要處理的圖像有兩大塊：真彩圖和256色的圖像(包括256級厭度圖)，因此對應設計了兩個BMP文件的讀入函數，并將這兩個函數放在Graphic．h和Graphic．c中，以備后續的開發使用。兩個函數為：GetTruePixel(char bmpnameIl，U32 color[24011320J，int*mapwidth．int*mapheight)；Get256Pixel(char bmpname[]。U8 cdorbutl240113201，U32 pale[256]．int 4mapwidth，int*mapheight)。函數l用于將一個名稱為bmpnameH的真彩圖像數據讀入color[][]矩陣，同時獲得圖像的寬和高；函數2用于將一個名稱為bmpname[]的256色圖像數據讀人colorbuf[]矩陣，同時，對應的調色板數據讀入pale[]矩陣中并獲得圖像的寬和高。在圖像處理中，當光學系統成像時出現背景與目標灰度范圍相對比較窄，即低對比度的情況，一般會采用對圖像進行灰度的拉伸變換，從而加大特征目標與背景的灰度差，實現圖像增強，以利于提取出特征目標來．灰度變換可分為線性灰度變換、分段線性變換、非線性變換．本研究采用線性灰度變換，該方法用于克服當圖像由于成像時曝光不足或過度所產生的對比度不足的弊病．假設原圖像八茗，y)的

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