基于ARM的圖像采集與處理系統(tǒng)

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1、大連民族學(xué)院電子信息工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程題目：基于ARM的圖像采集與處理系統(tǒng)專業(yè)班級(jí)：電子082學(xué)生姓名：黃小寶張曉佳于越石藝麗楊明奇鄭文星日期：2011.10.21指導(dǎo)教師：李紹明摘要隨著數(shù)字圖像技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像采集系統(tǒng)已經(jīng)在民用、商用和軍用等各個(gè)不同的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。發(fā)展體積小，功耗低的便攜式數(shù)字圖像采集系統(tǒng)顯得非常必要，而且十分迫切。本文通過研究當(dāng)前數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的研究成果和發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA和嵌入式ARM組成的便攜式數(shù)字圖像采集系統(tǒng)；并對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的若干問題進(jìn)行了深入探討，論文重

2、點(diǎn)研究了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。論文主要的研究?jī)?nèi)容包括：詳細(xì)介紹了CMOS傳感器OV9121；提出了利用FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)CMOS傳感器的控制；在研究圖像噪盧的機(jī)理后，提出了利用圖像中值濾波消除噪聲的方法：并研究了在FPGA中實(shí)現(xiàn)中值濾波的方法；嵌入式ARM處理器LPC2210的功能和使用方法；ARM處理器控制液晶顯示器TFT6758的方法；論文詳細(xì)討論了ARM處理器和FPGA協(xié)調(diào)工作以及人機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)等相關(guān)問題。論文通過分析CMOS傳感器OV9121的控制方法，使用VHDL語言在FPGA中實(shí)現(xiàn)對(duì)CMOS傳感器的控制和圖像數(shù)據(jù)的采集，設(shè)計(jì)了大容量的雙口RAM來

3、緩存數(shù)據(jù)，并且利用DSPBuilder在FPGA中實(shí)現(xiàn)了圖像中值濾波的硬件設(shè)計(jì)。本文研究了ARM處理器LPC2210的特點(diǎn)，提出了利用ARM來控制FPGA圖像采集的方法，設(shè)計(jì)了FPGA和ARM的接口電路和控制方法。編寫了LPC2210的BootLoader程序，利用ADSl．2開發(fā)軟件開發(fā)了TFT6758圖像顯示器的驅(qū)動(dòng)程序，在TFT6758上顯示采集到的圖像數(shù)據(jù)。最后本文對(duì)系統(tǒng)中存在的問題和今后努力的方向進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像采集；FPGA；DSPBuilder；ARM；OV91211．1研究便攜式數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的意義視覺是人類最高級(jí)的感知器官，在

4、人類感知中扮演著最重要的角色。人類約有70％的外界信息是通過視覺來獲得的，圖像作為一種重要的信息來源，是人類認(rèn)識(shí)外部世界的有效手段?，F(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像的數(shù)字化己成為計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理之自if的必經(jīng)的基本步驟。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展和相互滲透，進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)字圖像技術(shù)的不斷進(jìn)步和廣泛應(yīng)用。多媒體通信、高清晰度電視以及圖像處理、模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺等眾多應(yīng)用領(lǐng)域都對(duì)數(shù)字圖像的采集與處理提出了越來越高的要求，如何獲取高質(zhì)量的數(shù)字式圖像信息是非常重要的。由于數(shù)字圖像采集技術(shù)在研究被測(cè)對(duì)象方面具有非

5、接觸、可重復(fù)性好以及應(yīng)用對(duì)象廣泛等優(yōu)點(diǎn)，使得圖像采集在現(xiàn)代測(cè)量和檢測(cè)領(lǐng)域方面具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，特別足數(shù)字圖像傳感器、大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)和彩色顯示系統(tǒng)的發(fā)展，圖像的數(shù)字處理技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。數(shù)字圖像技術(shù)越來越多的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、法律、國(guó)防等眾多行業(yè)。研究功耗和成本低、體積小、便于攜帶的數(shù)字圖像采集系統(tǒng)越來越受到多方面的廣泛關(guān)注。同時(shí)，數(shù)字圖像采集系統(tǒng)又是傳感器、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)等多學(xué)科的交叉和綜合，涉及知識(shí)面廣，其成果應(yīng)用廣泛，具有遠(yuǎn)大的市場(chǎng)前景和研究?jī)r(jià)值。1．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀采用PC作為主機(jī)的圖像采集系統(tǒng)在80

6、年代"-一90年代開始流行，普遍采用當(dāng)時(shí)的ISA總線，雖然ISA總線的速度為每秒十幾兆，但I(xiàn)SA總線標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和改進(jìn)已經(jīng)停止，無法滿足今后的高速傳輸數(shù)據(jù)需求。隨著ISA總線接口在PC機(jī)上的消失，這種圖像采集系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)被使用PCI總線接口方式的圖像采集卡所取代。當(dāng)前流行的基于PC主機(jī)的圖像采集系統(tǒng)一般是采用PCI總線的圖像采集卡，PCI總線速度非?？?，達(dá)到33MB／s，可以實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)圖像到計(jì)算機(jī)內(nèi)存的實(shí)時(shí)傳送。在Windows平臺(tái)上編制圖像處理軟件，利用高級(jí)語言可以開發(fā)各種滿足需要的模塊。由于PCI總線的諸多優(yōu)點(diǎn)和當(dāng)前PCI接口在PC機(jī)上的普及，這種系統(tǒng)是目

7、前應(yīng)用最為廣泛的圖像采集系統(tǒng)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，另一種能脫離PC的圖像采集系統(tǒng)也得到了飛速的發(fā)展，目前主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是采用嵌入式處理器ARM+數(shù)字信號(hào)處理器DSP的方案，ARM作為主控制器，控制圖像傳感器的圖像采集、通訊接口、人機(jī)界面等，由DSP完成數(shù)字圖像處理算法，對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行算法級(jí)處理，這是目前眾多便攜式圖像采集系統(tǒng)的主要構(gòu)成方式；另外一種是采用DSP+可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA或CPLD的實(shí)現(xiàn)方法，F(xiàn)PGA或CPLD能利用硬件描述性語言設(shè)計(jì)復(fù)雜的邏輯，可以作為整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)處理器來完成某些復(fù)雜、高速傳輸數(shù)據(jù)的邏輯接口，例如圖像傳感器的控制

8、、SDRAM存儲(chǔ)等，由DSP完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字圖像信