韋靖博 彭享

摘 要 本文從圖像處理系統(tǒng)的硬件和軟件兩個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)基于DSP圖像處理的通用系統(tǒng)。文中主要研究了如何通過(guò)光學(xué)圖像的采集獲得高質(zhì)量圖像，圖像數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)化和傳輸以及圖像處理平臺(tái)的選型等問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)較為通用的DSP圖像處理系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】圖像處理 DSP C674x

1 引言

圖像處理是對(duì)圖像進(jìn)行一系列的操作，完成對(duì)圖像信息的處理，以滿足人類視覺(jué)的某種需要或目的。傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)一般是基于PC機(jī)的，隨著多媒體數(shù)碼產(chǎn)品需求的不斷擴(kuò)大，數(shù)字圖像處理設(shè)備要求越來(lái)越小型化，借助飛速發(fā)展的可編程器件，嵌入式DSP已成為當(dāng)今數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的首選平臺(tái)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通用圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為：CCD攝像機(jī)獲取模擬圖像，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后存入SDRAM，并由DSP進(jìn)行圖像處理，完成對(duì)圖像特征參數(shù)的分析或圖像識(shí)別，并將處理結(jié)果傳送給顯示設(shè)備，其功能框圖如圖1所示。

圖像采集部分，使用半導(dǎo)體激光器作光源，完成模擬圖像數(shù)據(jù)的采集。圖像傳輸部分，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，完成DSP子系統(tǒng)外的數(shù)據(jù)輸入輸出，以及子系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。圖像處理部分，處理平臺(tái)接收并處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。在某些系統(tǒng)中會(huì)加入控制處理器用于執(zhí)行DSP子系統(tǒng)的控制功能，使得DSP子系統(tǒng)可以專注于高速實(shí)時(shí)DSP算法，這由具體的不同系統(tǒng)所決定。

3 圖像采集與傳輸

圖像采集平臺(tái)主要有CCD圖像傳感器、半導(dǎo)體激光器、測(cè)量旋轉(zhuǎn)臺(tái)、濾光片組成。采用高清的CCD攝像頭采集圖像，攝像頭使用芯片PC3030，其分辨率N制為648×488、PAL制為682×504。半導(dǎo)體激光器為光強(qiáng)均布一字線狀激光器，波長(zhǎng)635nm，光強(qiáng)分布均勻性好，10cm處線寬最細(xì)可達(dá)0.3mm。測(cè)量旋轉(zhuǎn)臺(tái)，既可作為工作臺(tái)使用也可以完成CCD相機(jī)與旋轉(zhuǎn)臺(tái)的定標(biāo)，為一些檢測(cè)系統(tǒng)后續(xù)數(shù)據(jù)的測(cè)定提供參數(shù)依據(jù)。在CCD相機(jī)鏡頭前加置濾光片，攝像機(jī)在封閉的平臺(tái)外透過(guò)開(kāi)窗進(jìn)行圖像采集。封閉式的作業(yè)環(huán)境屏蔽了復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的干擾，半導(dǎo)體激光器成唯一光源，相機(jī)前加置的濾光片僅能透過(guò)選定波長(zhǎng)的激光，這樣的圖像采集平臺(tái)從設(shè)計(jì)上保證了相機(jī)能夠取得質(zhì)量更為優(yōu)越的圖像。

數(shù)字圖像信號(hào)的傳輸完成了圖像采集模塊和圖像處理模塊的通信工作。信號(hào)傳輸模塊基于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TVP5147M1進(jìn)行設(shè)計(jì)，外圍電路采用電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將CCD像素單元輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、量化、編碼，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。傳輸模塊支持PAL/CVBS/YPbPr模擬視頻信號(hào)輸入和三路視頻信號(hào)分時(shí)輸入，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)，取高8位輸出，通過(guò)I2C控制接口，使用總線VPIF與DSP進(jìn)行通信連接。

4 圖像處理

圖像處理平臺(tái)基于TI推出的低功耗浮點(diǎn)DSP設(shè)計(jì)，擁有TMS320C674x內(nèi)核。平臺(tái)外設(shè)接口包括串口、I2C、SPI、USB2.0、以太網(wǎng)口等。EMIF接口，除擴(kuò)展常見(jiàn)的Flash、SDRAM外，還對(duì)DDR2和MDDR存儲(chǔ)器提供了接口支持，擁有64個(gè)獨(dú)立的DMA通道數(shù)，并且提供對(duì)加強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)EDMA3的支持，為數(shù)據(jù)的高速傳輸提供條件。使用軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS5，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)，進(jìn)行軟件和硬件的仿真調(diào)試，它也是硬件調(diào)試的輔助手段。TL-XDS100V2 DSP仿真器，完成硬件仿真調(diào)試時(shí)與硬件系統(tǒng)的通信，控制和讀取硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。DSP芯片以其自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如采用哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、硬件乘法器和特殊的DSP指令集等為實(shí)時(shí)圖像處理提供了良好的核心技術(shù)支持。用戶也可以借助不同DSP芯片廠家提供的圖像處理算法庫(kù)在對(duì)圖像處理時(shí)間非常敏感的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中編寫(xiě)出更為高效的算法程序。

5 結(jié)論

圖像處理系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題在于保證系統(tǒng)一體化的集成設(shè)計(jì)和功能的實(shí)現(xiàn)，以及在不斷重復(fù)使用中系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，系統(tǒng)面對(duì)復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性，以及如何選取工業(yè)光源與攝像機(jī)取得高質(zhì)量的圖像、采取優(yōu)越的算法滿足圖像實(shí)時(shí)處理的要求等等。通過(guò)上面各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，結(jié)合系統(tǒng)的軟硬件資源，我們可以得到一個(gè)在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定工作的通用圖像處理系統(tǒng)。

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作者簡(jiǎn)介

韋靖博（1990-），男，安徽省阜陽(yáng)市人。工程碩士學(xué)位。研究方向?yàn)榭删幊唐骷c系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

作者單位

合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院 安徽省合肥市 230000