周雷　蘇文斌　李鶴沈陽工學院

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基于STM32單片機的簡單形狀識別

周雷蘇文斌李鶴
沈陽工學院

摘要：如今單片機的使用愈發(fā)廣泛，其中STM32單片機優(yōu)越的性能讓它從眾多單片機中脫穎而出。本文簡單介紹了STM32單片機通過攝像頭OV7670進行圖像采集，將圖像信息緩存到FIFO，之后將圖像顯示在TFT-LCD上，并對圖像進行處理，最終實現(xiàn)圓、三角形、長方形等簡單形狀識別的目的。

關鍵字：STM32 OV7670 圖像處理 形狀識別

1　引言

隨著計算機技術和信息技術的不斷發(fā)展，圖像識別技術也被越來越廣泛的應用。其中圖像采集的速度與質(zhì)量直接影響圖像的整體效果。大多數(shù)嵌入式圖像采集系統(tǒng)都是基于DSP、ARM技術，這些系統(tǒng)操作復雜、成本高、實時圖像處理比較困難。

本文所研究的基于STM32單片機的圖像采集系統(tǒng)具有硬件結構簡單，圖像顯示清晰，可擴展性強，功耗低、成本低等優(yōu)勢，適合便攜式圖像采集系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)設計

2.1硬件設計

系統(tǒng)的硬件主要包括攝像頭模塊、STM32單片機和液晶顯示屏，系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結構圖

（1）主控MCU模塊

系統(tǒng)的MCU為以ARM Cortex-M3為內(nèi)核的STM32F103xx單片機，主要進行系統(tǒng)控制和識別算法運算。

（2）攝像頭模塊

系統(tǒng)中采用帶有FIFO的OV7670攝像頭模塊，該模塊具有單片VGA攝像頭和影像處理器所有功能的CMOS圖像傳感器，其VGA圖像最高達到30幀/秒。內(nèi)部的寄存器通過類似于I2C總線的SCCB總線（Serial Camera Control Bus）控制。SCCB總線是由OV公司定義的3線串行攝像頭控制總線，可以控制大部分OV系列圖像傳感器。SCCB也可以工作在2線串行模式（SIO_ C與SIO_D），一條SCCB總線下可以掛載多個從設備，另外SCCB還可以附帶一根PWDN用于關閉或者開啟從設備系統(tǒng)。

（3）顯示屏模塊

TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器，顯示分辨率為320×240。由于本次研究使用的OV7670攝像頭QVGA的輸出剛好與TFLCD模塊分辨率一樣，所以輸出一幀數(shù)據(jù)就是一幅圖像，這樣提高速度的同時也不浪費資源。

2.2形狀識別算法

本次設計使用攝像頭模塊QVGA輸出（320*240），QVGA模式為RGB565格式。RGB565使用16位表示一個像素，高5位表示R（紅色），中間6位表示G（綠色），低5位表示B（藍色），即編碼為RRRRRGGGGGGBBBBB。

由于從OV7670的FIFO中讀取到的圖像數(shù)據(jù)為RGB565格式，圖像會被雜色干擾，形成一個濃淡分布不均的多值圖像，因此首先需要將RGB圖像數(shù)據(jù)進行屏蔽字和移位操作得到分量值，然后在轉換為二值圖像數(shù)據(jù)，消除干擾。二值圖像中，0級灰度對應于黑色，255級對應于白色。

圖像二值化后，可以利用圖像的邊緣檢測方法，檢測物體形狀，主要是找出黑色像素數(shù)據(jù)中行和列坐標的最大和最小值，作為圖像上、下、左和右的四個邊界，然后通過相關算法判斷圖形形狀。

形狀的判斷是利用圖形邊緣的坐標點的值確定圖形的特征，進而確定圖形形狀。例如：正方形的形狀特征是長等于寬，根據(jù)其特征，只需判斷長、寬的值相等即可。形狀識別算法的中心思想就是利用不同圖形的幾何特征，判斷出形狀。

3　系統(tǒng)測試

攝像頭模塊將采集到的圖像送給STM32單片機處理，并進行形狀識別，在液晶屏上可以顯示灰度圖像。這里，我們采用發(fā)光二極管表示對應的圖形，當檢測到相應的圖形時，相應的發(fā)光二級管被點亮，以提示用戶圖形形狀，現(xiàn)象如圖2所示。

圖2　形狀識別結果

4　總結

本次設計使用STM32芯片搭建了擁有高速處理能力、低成本的硬件平臺。把帶FIFO芯片的OV7670攝像頭模塊作為圖像數(shù)據(jù)采集，解決了CPU讀取數(shù)據(jù)速度與外設速度不匹配問題，同時也使得軟件設計得到了簡化。在本次設計中，經(jīng)過不斷地調(diào)試與改進，總結出以下兩點經(jīng)驗：

（1）選取的攝像頭、STM32的類型要合適。不同類型的攝像頭和STM32有各自的適用環(huán)境，選擇不合適會嚴重影響采集數(shù)據(jù)的準確性。

（2）對于不同形狀的物體識別方面，出現(xiàn)了識別不成功的現(xiàn)象，因此圖像處理、識別有關代碼還有待進一步優(yōu)化。

周雷，男，本科在讀，研究方向為圖像識別算法。

蘇文斌，男，本科在讀，研究方向為嵌入式開發(fā)。

李鶴（通訊作者），男，沈陽工學院信息與控制學院專業(yè)教師，研究方向為人工智能，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

作者簡介