基于DSP的图像采集处理系统调研报告

来自5q毕业设计题目：基于DSP的图像采集处理系统的研究与设计学院：班级：姓名：学号：指导教师：日期：基于DSP的图像采集处理系统的研究与设计调研报告1.引言我的论文是基于DSP的图像采集处理系统的研究和设计。近年来,计算机技术不断进步，使得图像采集成为一种广为使用的测量数据来源，在各个领域的应用越来越广泛。无论是在生活、娱乐中，还是在交通、医疗、科研中，抑或安全、监控等领域都有广泛的应用。来自5q毕业设计而采集的图像一般并不能直接使用，需要进行一定的处理，如去噪、平滑、滤波、亮度改变、细化、锐化或钝化等等其中一种或几种处理后才可以得到需要的图像。而DSP芯片具有体积小，处理速度快，使用灵活方便等特点。基于DSP的图像采集处理系统能较好地满足处理的快速性和小型化便携式的要求。2.图像采集处理系统的设计为完成图像的采集、处理和显示，系统需对视频数据进行采集处理后通过PCI总线在PC机上显示出来。设计采用现场可编程门阵列(FPGA)数字信号处理器(DSP)的体系结构,利用FPGA实现图像数据检测、采集、缓冲、预处理,并协调系统各部分的工作,利用DSP对图像数据进行处理,通过PC104总线将处理后的数据上传至主机。本设计的硬件结构设计如图所示:视频信号经过AD9888转换为数字量,进入到FPGA,经FPGA控制送入帧存SDRAMHY57V283220T26中,当一帧图像数据存储完毕后,FPGA向DSP发出信号,告知DSP原始数据准备就绪。FPGA收到DSP给出的回应后,将对帧存SDRAM的总线置为高阻态,并且打开总线开关CBTD16210。随后,DSP读取缓帧存SDRAM中的数据,并整理、压缩,然后将压缩过的数据写入帧存SDRAM,并告知FPGA压缩完毕。此时FPGA关闭总线开关,打开FPGA到帧存SDRAM的总线,同时告知PC104主机采集过程完毕。PC104主机通过FPGA,将帧存SDRAM中的数据读取出来。其中FPGA的设计采用模块化的设计思想。主要模块按功能划分如图：来自5q毕业设计接口模块控制视频信号的输入,根据垂直同步信号判断一帧图像的开始,根据水平同步信号判断每行数据的开始,将有效的图像数据送到FIFO中,FIFO主要是为了实现图像数据流的速度和帧存SDRAM的速度匹配,使以不同像素时钟进入的图像数据都能以系统主时钟的速度从FIFO中输出,然后在预处理后经过SDRAM控制器存入帧存SDRAM中。接着就是传输给DSP处理以后在返还回来，重新通过SDRAM控制器存入双口RAM，PC104接口就会给出标志位,主机检测到标志后开始读取数据。3.DSP在图像采集处理系统中的应用DSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；（7）可以并行执行多个操作；（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。进入21世纪，随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善，现代图来自5q毕业设计像处理向着高速、小型、简洁的方向发展，以此同时，数字信号处理各种算法日趋完善，特别是随着DSP的问世，使现代图像处理系统进入了和计算机紧密结合的全数字体制阶段，以DSP为核心的硬件系统同样可以用来进行图像处理。近年来，随着DSP的运算速度和精度的不断提高，片内存储容量不断加大，系统功能、数据处理能力以及外部设备的通信功能不断增强，已经可以脱离PC机开发基于DSP的图像采集处理系统。4.数字图像采集处理的内容和发展数字图像采集处理技术是20世纪60年代随着计算机技术和VLSYVeryLargeScaleIntegration的发展而产生、发展和不断成熟起来的一个新兴技术领域，它在理论上和实际应用中都取得了很大的成就。在其发展史上，首次获得成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL）。他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片进行图像处理，如几何校正、灰度变换、去除噪声等，并考虑了太阳位置和月球环境的影响。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，为人类登月创举奠定了基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。从20世纪70年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像采集处理技术向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。20世纪80年代末期，人们开始将其应用于地理信息系统，研究海图的自动读入、自动生成方法。数字图像处理技术的应用领域不断拓展。数字图像采集处理技术的大发展是从20世纪90年代初开始的。自1986年以来，小波理论与变换方法迅速发展，它克服了傅立叶分析不能用于局部分析等方面的不足之处，被认为是调和分析半个世纪以来工作之结晶。Mallat在1988年有效地将小波分析应用于图像分解和重构。小波分析被认为是信号与图像分析在数学方法上的重大突破。随后数字图像采集处理技术迅猛发展，到目前为止，图像处理在图像通讯、办公自动化系统、地理信息系统、医疗设备、卫星照片传输及分析和工业自动化领域的应用越来越多。进入21世纪，随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善，数字图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就。属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等。该技术成为一门引人注目、前景远大的新型学科。图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着科学技术的发展，数字图像处理技术的应用领域也将随之不断扩大。数字图像处理技术未来应用领域主要有以下七个方面：（1）航天航空技术方面数字图像处理技术在航天航空技术方面的应用，除JPL对月球、火星照片的处理之外，另一方面是在飞机遥感和卫星遥感技术中。图像在空中先处理（数字化编码）成数字信号存人磁带中，在卫星经过地面站上空时，再高速传送下来，然后由处理中心分析判读。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。现在世界各国都在利用各类卫星所获取的图像进行资源调查、灾害检测、资源勘察、来自5q毕业设计农业规划、城市规划。在气象预报和对太空其它星球研究方面，数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。（2）生物医学工程方面数字图像采集处理技术在生物医学工程方面的应用十分广泛，且很有成效。除了CT技术之外，还有一类是对医用显微技术的处理分析，如染色体分析、癌细胞识别等。此外，在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处理技术。（3）通信工程方面当面通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的流媒体通信。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100M/s以上。要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的关键[5]。（4）工业工程方面在工业工程领域中图像采集处理技术有着广泛的应用，它大大提高了工作效率，如自动装配线中质量检测，流体力学图片的阻力和升力分析，邮政信件的自动分拣，在一些恶性环境内识别工件及物体的形状和排列状态，先进设计和制造技术中采用工业视觉等等。其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机器人，将会给工农业生产带来新的面貌，目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。（5）军事公安方面在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确制导，各种侦察照片的判读，具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统和模拟训练系统等；公安方面主要用于指纹识别、人脸鉴别、不完整图片的复原以及交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别就是图像采集处理技术成功应用的例子[6]。（6）文化艺术方面的应用目前这类应用有电视画面的数字编辑、动画的制作、电子图像游戏、纺织工艺品设计、服装设计与制作、发型设计、文物资料照片的复制和修复、运动员动作分析和评分等等。目前正在形成一门新的艺术——计算机美术。（7）其它方面的应用数字图像采集处理技术已经渗透到社会生活的各个领域，如地理信息系统中二维、三维电子地图的自动生成、修复等；教育领域各种辅助教学系统研究、制作中；流媒体技术领域等等。5.总结通过本次调研我了解了数字图像采集处理系统在各方面如航空航天、工业生产、医疗诊断、资源环境、气象及交通监测、文化教育等领域有着广泛的应用，创造了巨额社会价值；同时还远远不能满足社会需求，自身也在不断完善和发展，有很多新的方面要探索。它必将向更深入、更完善的方向发展：处理算法更优化，处理速度更快，实现图形的智能生成、处理、识别和理解。而DSP正好满足这些要求，它在图像采集和处理系统中的应用，随着人类活动范围的不断扩大，各方面技术的不断发展，是基于DSP的图像采集处理系统的应用领域也随之不断扩大。[1]周波,赵鹏,苏娟.TMS320VC5402DSP与51单片机的接口设计技术[J].现代电子技术,2005(24):88-89,93.[2]柳伟生,孙秋柏,吴庆洪,李健兵.DSP在图像高速采集中的应用[J].自动化技术与应用,2005,(12)[3]彭启琮,管庆.DSP集成开发环境—CCS及DSP/BIOS的原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.[4][4]BennedsenBS,PetersonDL,TabbA.Identifyingdefectsinimagesofrotatingapples[J].ComputersandElectronicsinAgriculture,2005,48(2):92-102.[5]TexasInstruments.TMS320VC5509Afixed2pointdigi2talsignalprocessor[EB/OL].(2004210226).[6]GonzalezRC,WoodsRE.DigitalImageProcessing[M].PublishingHouseofElectronicsIndustry,2003[7]IEC.IEC6199622Ed.12200612,maritimenaviga2tionandradiocommunicationequipmentandsys2tems2Shipbornevoyagedatarecorder(VDR)—Part2:Simplifiedvoyagedatarecorder(S2VDR)2per