韋靖博 彭享

摘 要 本文從圖像處理系統(tǒng)的硬件和軟件兩個方面出發(fā)進行研究，設(shè)計基于DSP圖像處理的通用系統(tǒng)。文中主要研究了如何通過光學(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的選型等問題，在此基礎(chǔ)上設(shè)計較為通用的DSP圖像處理系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】圖像處理 DSP C674x

1 引言

圖像處理是對圖像進行一系列的操作，完成對圖像信息的處理，以滿足人類視覺的某種需要或目的。傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)一般是基于PC機的，隨著多媒體數(shù)碼產(chǎn)品需求的不斷擴大，數(shù)字圖像處理設(shè)備要求越來越小型化，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。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

通用圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計為：CCD攝像機獲取模擬圖像，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后存入SDRAM，并由DSP進行圖像處理，完成對圖像特征參數(shù)的分析或圖像識別，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，處理平臺接收并處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。在某些系統(tǒng)中會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)可以專注于高速實時DSP算法，這由具體的不同系統(tǒng)所決定。

3 圖像采集與傳輸

圖像采集平臺主要有CCD圖像傳感器、半導(dǎo)體激光器、測量旋轉(zhuǎn)臺、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)體激光器為光強均布一字線狀激光器，波長635nm，光強分布均勻性好，10cm處線寬最細可達0.3mm。測量旋轉(zhuǎn)臺，既可作為工作臺使用也可以完成CCD相機與旋轉(zhuǎn)臺的定標，為一些檢測系統(tǒng)后續(xù)數(shù)據(jù)的測定提供參數(shù)依據(jù)。在CCD相機鏡頭前加置濾光片，攝像機在封閉的平臺外透過開窗進行圖像采集。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，相機前加置的濾光片僅能透過選定波長的激光，這樣的圖像采集平臺從設(shè)計上保證了相機能夠取得質(zhì)量更為優(yōu)越的圖像。

數(shù)字圖像信號的傳輸完成了圖像采集模塊和圖像處理模塊的通信工作。信號傳輸模塊基于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TVP5147M1進行設(shè)計，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轉(zhuǎn)換成電壓信號，進行數(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模擬視頻信號輸入和三路視頻信號分時輸入，將輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號，取高8位輸出，通過I2C控制接口，使用總線VPIF與DSP進行通信連接。

4 圖像處理

圖像處理平臺基于TI推出的低功耗浮點DSP設(shè)計，擁有TMS320C674x內(nèi)核。平臺外設(shè)接口包括串口、I2C、SPI、USB2.0、以太網(wǎng)口等。EMIF接口，除擴展常見的Flash、SDRAM外，還對DDR2和MDDR存儲器提供了接口支持，擁有64個獨立的DMA通道數(shù)，并且提供對加強型直接存儲器訪問EDMA3的支持，為數(shù)據(jù)的高速傳輸提供條件。使用軟件集成開發(fā)環(huán)境CCS5，負責(zé)完成系統(tǒng)的軟件開發(fā)，進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指令集等為實時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在對圖像處理時間非常敏感的實時系統(tǒng)中編寫出更為高效的算法程序。

5 結(jié)論

圖像處理系統(tǒng)的關(guān)鍵問題在于保證系統(tǒng)一體化的集成設(shè)計和功能的實現(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)光源與攝像機取得高質(zhì)量的圖像、采取優(yōu)越的算法滿足圖像實時處理的要求等等。通過上面各個功能模塊的設(shè)計，結(jié)合系統(tǒng)的軟硬件資源，我們可以得到一個在復(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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作者簡介

韋靖博（1990-），男，安徽省阜陽市人。工程碩士學(xué)位。研究方向為可編程器件與系統(tǒng)設(shè)計。

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