湖北工業(yè)大學(xué) 王 彥

基于嵌入式的圖像處理技術(shù)研究

湖北工業(yè)大學(xué) 王 彥

近幾年來，計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子的一體化趨勢(shì)日益明顯，嵌入式技術(shù)已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)是集軟件、硬件于一 定體的高可靠性系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)麻雀雖小，五臟俱全，軟件除操作系統(tǒng)外，還需有完成嵌入式系統(tǒng)功能的應(yīng)用軟 進(jìn)件，硬件除了CPU外，還需有外圍電路支持，目前，微處 換理器、微控制器、DSP已成為嵌入式系統(tǒng)硬件的構(gòu)成基 間礎(chǔ)。 可

圖像；處理；研究 可

數(shù)字圖像處理系統(tǒng)是執(zhí)行處理圖像、分析理解圖像信息任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管圖像處理技術(shù)應(yīng)用廣泛，圖像處理系統(tǒng)種類很多，但他們的基本組成是相近的。它們主要含有：圖像輸入設(shè)備、執(zhí)行處理分析與控制的計(jì)算機(jī)圖像處理機(jī)、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)系統(tǒng)中的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像處理程序庫(kù)與模型庫(kù)。

嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用軟件等部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理等功能。

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)實(shí)生活中的許多信息都可以用數(shù)字形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，數(shù)字圖像就是這種以數(shù)字形式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理的圖像。利用計(jì)算機(jī)可以對(duì)它進(jìn)行常規(guī)圖像處理技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的加工處理，還可以將它在網(wǎng)上傳輸，可以多次拷貝而不失真。

（1)獲得圖像的方法。要獲得一個(gè)數(shù)字圖像必須將圖像中的像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，以便在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理和加工。將模擬圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像的工作，通?？捎蓲呙鑳x來完成。

（2)規(guī)劃數(shù)字化的方法。一個(gè)應(yīng)用范圍廣泛的軟件可以支持?jǐn)?shù)字化的圖像處理，如產(chǎn)生數(shù)字圖形，修改數(shù)字圖片，進(jìn)行一些諸如頁(yè)面設(shè)計(jì)之類的技術(shù)加工，并將一些圖素組合在一個(gè)圖像中。

（3)目標(biāo)圖像采集與處理模塊。該模塊主要由DSP處理器TMS320C6416和FPGA來實(shí)現(xiàn)，DSP和FPGA之間采用主/從方式。其中，DSP主要完成對(duì)目標(biāo)圖像的處理及控制FPGA采樣信號(hào)的啟動(dòng)。

由攝像頭拍攝到的圖像首先進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，即對(duì)圖像進(jìn)行嵌位、移相、放大以及同步信號(hào)分離。然后，由DSP啟動(dòng)對(duì)圖像信號(hào)的采樣，即控制FP2GA進(jìn)行圖像的采樣，同時(shí)通過中斷查詢方式(FT2N T)，監(jiān)控FPGA發(fā)出的采樣完成信號(hào)。

在完成對(duì)目標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)處理后，DSP將處理后目標(biāo)圖像和存儲(chǔ)在ROM中的參考圖像構(gòu)成的聯(lián)合輸入圖像實(shí)時(shí)輸出到液晶電視上的約區(qū)域內(nèi)，以便進(jìn)行光信息處理。

（1)圖像變換。由于圖像陣列很大，直接在空間域中行處理，涉及計(jì)算量很大。因此，往往采用各種圖像變的方法,如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理,不僅減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理(如傅立葉變換在頻域中進(jìn)行數(shù)字濾波處理)。

（2)圖像編碼壓縮。圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量(即比特?cái)?shù))，以便節(jié)省圖像傳輸、處理時(shí)間和減少所占用的存儲(chǔ)器容量。

（3)圖像增強(qiáng)和復(fù)原。圖像增強(qiáng)和復(fù)原的目的是為了提高圖像的質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。

（4)圖像分割。圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法，但還沒有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。

（5)圖像描述。圖像描述是圖像識(shí)別和理解的必要前提。作為最簡(jiǎn)單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。

（6)圖像分類(識(shí)別)。圖像分類(識(shí)別)屬于模式識(shí)別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預(yù)處理(增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮)后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類。

嵌入式圖像處理技術(shù)是圖像處理技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合，在多種國(guó)防軍事科技領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用前景和重大的應(yīng)用價(jià)值。本文針對(duì)嵌入式圖像處理應(yīng)用的軟件技術(shù)作了全面深入的分析和探討，針對(duì)其中的幾個(gè)的重要問題作了具體研究，對(duì)于今后嵌入式圖像處理技術(shù)的研究與應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

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2011-07-16）