基于ARM的图像采集与处理系统

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基于STM32的无线图像实时采集传输系统

• 116•利用STM32单片机为控制芯片驱动OV2640模块，实现图像采集，通过wifi 模块把采集的图像通过TCP 协议传输给移动端手持Android 设备。

Qt 开发软件通过socket 接口编程设计出了app 用于图像实时显示OV2640模块采集的图像。

实验结果表明图像传输稳定，可以实现实时的无线图像传输。

OV2640模块可以和其它设备组合，对未来图像类设备有很好的应用潜力。

图像传输应用广泛，在安防设备上可以通过摄像头监控家门、小区等，对犯罪侦查、丢失物品寻找等起到很大作用。

在人工智能领域，需要识别特定事物，比如人脸识别、物体识别等，需要采集很多的图像样本，离不开图像采集技术。

在没有线的束缚下，摄像头和显示终端分离，无线图像传输在日常生活中也有很大的实用性，例如可以在忙着洗衣做饭的时候监控小孩的实时举动，可以查看特定角落的实时画面。

本文探索了图像监控的关键技术图像采集和传输，并通过wifi 模块由TCP 协议实现无线图像传输。

在没有线的束缚下，摄像头和显示终端分离。

在wifi 信号覆盖范围内可以实时探索看不到的或者人类不方便探索的角落。

1 无线图像传输系统无线图像传输系统分为图像采集部分、数据传输部分和终端显示部分。

三者关系如图1所示。

的滤波器，逐行排列，形成方形采集阵列，BG/GR 形式构成的像素大约可以达到200w 个。

在采集光的时候也是逐行扫描采集，直到扫描完成。

其中内部集成了数字图像处理模块，可以直接输出JPEG, GRB422和YCbCr 等数据格式。

Ov2640模块使用的是正点原子的A TK-OV2640摄像头模块。

它共有18个引脚。

其中最重要的是SCCB 总线和HREF 行同步线，VSYNC 场同步线和8位并行数据线。

SCCB 总线和I2C 总线类似用于单片机向Ov2640模块发送控制命令。

在图像采集开始之后，模块会产生采集输出时序。

HREF 输出高电平时，根据时钟进行像素数据的读取，HREF 线变为低电平时读取的数据无效，循环采集直到采完一帧为止。

基于Hi3516D的图像采集压缩系统的设计

compression ratio is more than 150∶1 and the overall performance is good.
Keywords: image acquisition；image compress；Hi3516D；AR0230CS；H.264；Linux
随着时代的发展，视频监控技术已经广泛应用
2 系统硬件电路设计
2.1
ARM 硬件设计
Hi3516D 是海思开发的一款专业高端 SOC 芯
片，定位于高清 IPCamera 产品应用，拥有先进低功耗
AR0230CS 为敏感元件，器件布局与 Hi3516D 需相隔
较大距离，避免集中散热。
2.3
电源硬件电路设计
该设计获取外部 5 V 直流输入供电、内部两级
25 fps，记录一小时需 25 GB 的存储资源。若同等情
况下记录 1080P 视频，则需约 1.22 T 的容量，普通的
存储设备难以满足要求。而且在一些特殊领域，例
如航天航空、无人机等，存储资源和传输链路带宽是
无法完全满足要求的，必须要将图像数据经过压缩
基金项目：青年科学基金项目（51705477）
优性能 ARM、高动态 CMOS 图像传感器的图像采集压缩系统。硬件设计中，采用集成 H.264 压缩硬
核的 Hi3516D 作为核心处理器、HiSPi 接口的 AR0230CS 图像传感器作为图像捕获前端、高效率的
DC/DC 双路电源 MP2122 作为系统电源模块、百兆以太网作为图像数据的输出接口；软件设计中，
H.264 compression core is used as the core processor，the AR0230CS image sensor with HiSPi interface

基于ARM嵌入式的图像采集与显示系统设计

１Ｏ
基于ＡＲ嵌入式的图像采集与显示系统设计Ｍ
基于ＡＭ嵌入式的图像采集与显示系统设计Ｒ
ｍａｑｉｉｏｎＤｉｐｌｙＢｓｄｏｇｅＡｃｕｓｔｎａｄｉｓａａｅｎＡＲＭ９ａｄＥｍｂｄｄｄＳｓｅｎｅｅｙｔｍ
部设备进行访问操作，以使用和操作文件中相同的、准的系可标统调用接口函数来完成对硬件设备的打开、关闭、读写和ＩＯ／
并进行显示。１嵌入式开发环境的构建
ｅａＤｉｅ和Ｆａｕｅ机制，同时去掉一些本系统不需要ｒｒｒｖｒｍｅｂｆｒ的模块以减小操作系统内核的大小。最后通过编译生成二进制的内核映像文件，即将在顶层目录下生成内核映像文件ｚｍ— 也ｌａｅｂｎ将ｚｍａｅｂｎ烧写到目标开发板中。ｇ．ｉ。ｌｇ。ｉ仅有Ｕｂｏ和Ｌｎｘ内核，不能和目标板进行交互的， — ｏｔｉｕ是
关键词：Ｒ — ｉｘ视频采集，示，３２４ＡＭＬｕ，ｎ显￥Ｃ４０
Ａｂｓｒｃｔｔａ

Ｈｏｗｔｏａｉｔｅｅａ —ｔｉａｄａａｃｏｒｐｄｉｇｏｂｔｎｈｒｌｉｍｅｍｇｅｔ．ｒｅｓｏｎｎｐｒｅｔｅｍａａｎｓｏｏｃｓｓｈｉｇｅｄｈｗｉｔＬｏｎＣＤ．ｃｈｓａｓｄｏｎｗｈｉｉｂｅＳ３４ｄＣ２４０ａｎＥｍｂｅｄｄｅｄｓｓｅ，ｓｃｉｄ．ｅＡＰＩｏｄｅｂｙＶ４２ｆｙｔｍｉｄｅｒｓｂｅＴｈｐｒｖｉｄＬｏＥｍｂｅｄｄｅＬｉｘｓｓｄｏａｐｕｅｔｅｉｄｎｕｉｕｅｔｃｔｒｈｍａｇｅａｎｔｅｄｅｍｐｒｓｔｉａｄａａｄｈｎｃｏｅｓｈｅｍｇｅｔａｎｃｏｖｔｔｎｏｔｅｄｎｅｒｉｔｈａｐｐｏｉｔｆｍａｔｗｉｔｅｂｉｙｈｇｈ－ｓｅｉｒｐｒｅｏｒｔｈａｌｏｆｉａｈｉｔｐｅｄｏｐｅｒｔａｉｏｎｂｙ２０．ｎｔｅｖｄｅＬ４４ａｄｈｉｏｏｎＣＤｂｉｈＦａｍｅｂｕｆ．ｙｕｓｎｇｔｅｒｆｅｒＫｅｗｏｒ：ｙｄｓＡＲＭ —Ｌｉｕｉｇｅｃｓｔｎ，ｓａ，Ｃ２０ｎｘ，ｍａａｑｕｉｉｏｄｉｐｌｙＳ３４４ｉ

基于arm9的图像采集系统的研究

学校代号***** 学号********** 分类号TP18 密级公开硕士学位论文基于ARM9的图像采集系统的研究学位申请人姓名刘白皓培养单位长沙理工大学导师姓名及职称黄敏副教授学科专业通信与信息系统研究方向嵌入式系统论文提交日期2011年3月学校代号：10536学号：0810801515密级：公开长沙理工大学硕士学位论文基于ARM9的图像采集系统的研究学位申请人姓名刘白皓导师姓名及职称黄敏副教授培养单位长沙理工大学专业名称通信与信息系统论文提交日期2011年3月论文答辩日期2011年5月答辩委员会主席车生兵教授The Design of Image Acquisition System Based on ARM9ByLIU BaihaoB.E.( Anhui University of Architecture) 2008A thesis submitted in partial satisfaction of theRequirements for the degree ofMaster of EngineeringinCommunication and Information SysteminChangsha University of Science & TechnologySupervisorProfessor Huang MinMarch, 2011长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

基于ARM的图像采集系统的硬件设计与实现

ＬｉｕＹｏｎｇｉＣｈｎｇＹａｙ，ａｉ２Ｌｅｏｍｉｏｌｎ’ ｅｏｕＬｉｎｇＹｎｇｉＨｎｇａ
，
，
（．ｒｉｅｉｆｉａｄｍｎｅｒｃｖｅｔｇｎｉｅｒｇｃｎｌｇｓａｃｅｔｆｈｎｉ１ＮｏｔＵｎｖｒｔｏｎｈｓｙＣｈＭｏｅＮｏｄｓｔｅｓｎｇｅｎｈｏｏｙＲｅｅｒＣｎｅｏａｘｔｉＴｉＥｎｉＴｅｕｈｒＳＴａｕｎ００５；．ｎｎｅｎｅｈｏｏｓｒｈＣｅｔｒｆｔ— ｌｃｏｉＩｆｒｔｎａｄＩｓｍｅｔＮｏｔｉａ，３０１ＥｇｅｒｇＴｃｎｌｇＲｅｅｃｎｅｏＥｅｔｎｃｎｏｍａｏｎｔｙ２ｉｉｙａｏＯｐｒｉｎｒｎ，ｒｕｈ
ｃｎｓｒｃｈｍａｅａｑｓｔｏｎｄｐｏｃｓｉｙｓｅｔＵＳｃｍｅａｍｏｔｒａｄｍｅｏ，ｎｄｂｕｉｈｅｎｅｅｓｒｏｔｔｔｅｉｇｃｕｉｉｉｎａｒｅｓｎｇｓｔｍｗｉｈＢａｒ，ｕｎｉｏｎｍｒａｌｔｃｓａｙｙｄｓｐｅｉｒｐｈｅａｓａｏｍｍｕｎｃｔｏｎｉｅｆｃｓｔｃｍｐｌｔｈｅｄｅｉｎｏｆｔｒｒｌｎｄｃｉａｉｎｔｒａｅＯｏｅｅｔｓｇｈｅｈａｄｗａｅｐａｆｍ．ｆｅｈｔｍｂｅｒｌｔｏｒＡｔｒｔａ，ｅｄｄｅｄｏｐｒｔｎｇｓｓｅｎｄｄｉｒｅｅｔａｐａｅｅｅｕａｌｈｅｆｅａｉｙｔｍａｒｖｅｓｗｒｒｎｓｌｎｔｄ，ｖｎｔｌｔｕｎｃｉｎｓｏｆｉａｅｄａａｃｌｃｉｙｔｏｍｇｔｏｌｔｏｎ，ｄｉｐａｎｓｏａｅｓｌｙａｄｔｒｇｅｗｅｅｒａｉｅｉａｓａｑｕｓｔｏｗｅｅｃｅｒａｈｅｓｓｅｕｒｓｏｏｍｅｔｔｅｉｅｅｔｒｅｌｚｄ，ｍｇｅｃｉｉｉｎｒｌａｎｄｔｙｔｒｔｎｕｔｔｅｈｅｒｑｕｒｍｎ．ｍＫｅｙｗ０ｒ：ｍｂｅｄｅＡＲＭ，３２０，ｍａｅａｑｕｓｔｏｎＵＳｃｍｅａｄｓｅｄｄ，￥Ｃ４１ｉｇｃｉｉｉ，Ｂａｒ

基于ARM的无线图像采集系统设计

术的发展，作为它们间的融合体的无线摄像头越来越受到关注．摄像头作为一种安防手段，已在各行各业中广泛应用并在安全防范和环境监控方面起
人们生产和生活中必不可少的组成部分
系统构成
整个系统分为下位机和上位机．下位机由串口摄像头负责图像采集，ＡＲＭ处理器开发板使用ＡＤＳ（ＡＲＭＤｅｖｅｌｏｐｅｒＳｕｉｔｅ）集成开发环境软件进行图像处理，利用Ｃ语言和汇编语言编程实现．上
ｅｍｂｅｄｄｅｄｃｈｉｐｓａｓｔｈｅｃｏｒｅａｎｄＣＣＩ１Ｏ０ｗｉｒｅｌｅｓｓＲＦｃｈｉｐ，ｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｗａｓｓｅｎｄｔｏｔｈｅｒｅｍｏｔｅ
集，并按照联合图像专家组（ＪＰＥＧ）标准对采集的数据进行压缩，下位机以ＡＲＭ处理器
（ＬＰＣ２１３１）为核心，通过无线射频芯片ＣＣ１１００，把图像发送至装有驱动程序的远端计算机．结果表明，设计的无线图像采集系统具有稳定性和可移植性，能实现图像的采集、压缩、无线传输和
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｋｉｎｄｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｕｓｉｎｇＣＭＯＳｃａｍｅｒａｆｏｒ

数字图像处理系统毕业设计论文

毕业设计说明书基于ARM的嵌入式数字图像处理系统设计学生姓名：张占龙学号： 0905034314学院：信息与通信工程学院专业：测控技术与仪器指导教师：张志杰2013年 6月摘要简述了数字图像处理的应用以及一些基本原理。

使用S3C2440处理器芯片，linux内核来构建一个简易的嵌入式图像处理系统。

该系统使用u-boot作为启动引导程序来引导linux内核以及加载跟文件系统，其中linux内核与跟文件系统均采用菜单配置方式来进行相应配置。

应用界面使用QT制作，系统主要实现了一些简单的图像处理功能，比如灰度话、增强、边缘检测等。

整个程序是基于C++编写的，因此有些图像变换的算法可能并不是最优化的，但基本可以满足要求。

在此基础上还会对系统进行不断地完善。

关键词：linnux 嵌入式图像处理边缘检测AbstractThis paper expounds the application of digital image processing and some basic principles. The use of S3C2440 processor chip, the Linux kernel to construct a simple embedded image processing system. The system uses u-boot as the bootloader to boot the Linux kernel and loaded with file system, Linux kernel and file system are used to menu configuration to make corresponding configuration. The application interface is made using QT, system is mainly to achieve some simple image processing functions, such as gray, enhancement, edge detection. The whole procedure is prepared based on the C++, so some image transform algorithm may not be optimal, but it can meet the basic requirements. On this basis, but also on the system constantly improve.Keywords:linux embedded system image processing edge detection目录第一章绪论 (1)1.1 数字图像处理概述 (1)1.2 数字图像处理现状分析 (5)1.3 本文章节简介 (8)第二章图像处理理论 (8)2.1 图像信息的基本知识 (8)2.1.1 视觉研究与图像处理的关系 (8)2.1.2 图像数字化 (10)2.1.3 图像的噪声分析 (10)2.1.4 图像质量评价 (11)2.1.5 彩色图像基本知识 (11)2.2 图像变换 (13)2.2.1 离散傅里叶变换 (13)2.2.2 离散沃尔什-哈达玛变换（DWT-DHT） (20)2.2.3 离散余弦变换（DCT） (21)2.2.4 离散图像变换的一般表达式 (23)2.3 图像压缩编码 (24)2.3.1 图像编码的基本概念 (24)2.4 图像增强和复原 (24)2.4.1 灰度变换 (24)2.4.2 图像的同态增晰 (26)2.4.3 图像的锐化 (27)2.5 图像分割 (27)2.5.1 简单边缘检测算子 (27)2.6 图像描述和图像识别 (28)第三章需求分析 (28)3.1 系统需求分析 (28)3.2 可行性分析 (28)3.3 系统功能分析 (29)第四章概要设计 (29)4.1 图像采集 (30)4.2 图像存储 (31)4.3 图像处理（image processing） (31)4.4 图像显示 (32)4.5 网络通讯 (32)第五章详细设计 (32)5.1 Linux嵌入式系统的构建 (33)5.1.1 启动引导程序的移植 (33)5.1.2 Linux内核移植 (33)5.1.3 根文件系统的移植 (34)5.2 图像处理功能的实现 (34)5.2.1 彩色图像的灰度化 (34)5.2.2 灰度图的直方图均衡化增强 (35)5.2.3 图像二值化 (35)5.2.4 边缘检测 (36)第六章调试与维护 (36)附录 A (37)参考文献 (43)致谢 (44)第一章绪论1.1 数字图像处理概述数字图像处理(Digital Image Processing)又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。

stm32毕业设计论文设计论文[管理资料]

基于STM32的图像动态采集系统摘要随着科技水平的提高，ARM的应用越来越广泛。

本论文旨在对ARM的深入学习，论文对 STM32驱动OV7670图像传感器、以及图像在SSD1289驱动控制芯片的显示、以及图片在SD卡上以文件形式的存储和读取进行了初步的探索和研究。

设计过程中多亏了前辈们的刻苦、钻研留下了宝贵的资料。

对OV7670的驱动程序的开发，主要是引脚的学习和寄存器的配置，对SD卡图片存储的开发采用的是文件的方式存储，简单地说，就是存储的到SD卡上图片能在电脑上直接打开。

期间牵扯到移植文件系统FATFS到STM32上，以前没有这方面的开发经验，主要参考前人的经验。

SSD1289驱动程序主要也是一些引脚和寄存器的配置。

开发过程中牵扯到STM32的中断向量表的配置等很多基础知识，在图片存储过程中则牵扯到很多存储格式的问题，使问题变得复杂化，最后通过查阅相关资料都一一解决。

经过对STM32开发板和OV7670等芯片的学习，最后实现了图像的动态显示、图片的实时采集、存储和读取。

设计过程中碰到了很多问题、一些与课题相关的问题基本都解决了，还有些不属于本论文研究范围的，比如图片的优化显示、清晰度，虽然可以通过驱动程序让清晰度更高，但更多的与芯片本身性能有关，没去做深入的探索和研究。

关键词：STM32，OV7670，SD卡，SSD1289，驱动Based on the dynamic STM32 image acquisition systemABSTRACTWith the improvement of science and technology level, ARM used more widely. This paper aims to further study of the ARM, paper STM32 drive to OV7670 image sensor, and image in the SSD1289 drive control chip of the display, and images on the SD card to file form of storage and read a preliminary exploration and research.The design process of thanks to predecessor, studied hard left invaluable material. To OV7670 driver development, mainly is the pin learning and register configuration, SD card to the development of the storage of the picture is the way file storage, say simply, it is stored to SD card pictures can open direct on the computer. Involved in transplantation during the file system FATFS to STM32, before the development experience, main reference previous experience. SSD1289 driver is primarily some pin and registers configuration. The development process STM32 involved in the interruption of the configuration and many to scale basic knowledge, in the photo storage process is involved in a lot of storage formats, become more complicated, and finally by consulting relevant material all 11 to solve.After the STM32 development board and OV7670 etc chip learning, and finally realize image, the dynamic display of the picture of the real-time data acquisition, storage and read. In the process of design met with many problems, some of the problems and issues related to the basic are solved, and some do not belong to this research scope of, such as pictures of the optimization of the display, definition, although can through the driver let more clear, but more about performance and chip itself, not to do in-depth exploration and research.Key words: STM32, OV7670, SD card, SSD1289, drive目录前言 0第1章STM32处理器概述 (2)STM32简介 (2)Cortex-M3内核简介 (2)STM32开发板资源介绍 (12)STM32中断 (12)第2章×××××× (13)×××××× (13)×××××× (13)×××××× (13)×××××× (14)×××××× (14)第3章×××××× (15)×××××× (15)×××××× (15)×××××× (15)×××××× (15)第4章×××××× (16)×××××× (16)×××××× (16)×××××× (16)×××××× (16)第5章×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)结论 (18)谢辞 (19)参考文献 (20)附录 (22)外文资料翻译 (23)前言随着社会智能化程度的提高，特别是近年来物联网的发展，图像动态采集越来越多地应用到社会的各个领域。

基于ARM和Linux的视频图像采集系统

（1）打开视频设备，获得文件描述符摄像头在系统中对应的设备文件为/dev/video0，采用系统调用函数video_fd=open（“/dev/video0”， O_RDWR，0），video_fd为设备打开后返回的文件描述符，以后的系统调用函数就可以使用它来对设备文件进行操作了。接着用ioctl（video_fd，VIDIOC_QUERYCAP，&cap）函数读取v4l2_capability中的有关摄像头的信息。该函数成功返回后，这些信息从内核空间拷贝到用户程序空间capability各成员分量中，使用printf函数就可以得到各成员分量信息。（2）设置图片格式将图片宽设为320，高设为240，其他参数保持默认。 struct v4l2_format fmt； CLEAR（fmt）； fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE； fmt.fmt.pix.width=320； fmt.fmt.pix.height=240； fmt.fmt.pix.field=V4L2_FIELD_INTERLACED； fmt.fmt.pix.pixelformat=VIDEO_FORMAT； if（ioctl（video_fd，VIDIOC_S_FMT，&fmt）<0） { exit（1）； } （3）分配缓冲区 struct v4l2_requestbuffers req； CLEAR（req）； req.count=4； req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE； req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP； if（ioctl（video_fd，VIDIOC_REQBUFS，&req）<0） { exit（1）； } 然后通过调用ioctl（video_fd，VIDIOC_QUERYBUF，&buf）获得缓冲区的长度（buf.length）和偏移地址（fd，buf.m.offset），将这两个参量作为参数传给mmap函数：buffers[num].start=mmap（NULL，buf.length，PROT_READ|PROT_WRITE，MAP_SHARED，fd，buf.m.offset）；缓冲区分配好之后，驱动并不会向里面写入数据，还需要将每个缓冲区放入视频采集队列：ioctl（video_fd，VIDIOC_QBUF，&buf）；（4）启动采集过程，读取数据完成以上初始化设置工作后，就可以对视频进行采集了，有直接读取read（）和内存映射mmap（）两种方法。read（）通过内核缓冲区来读取数据；而mmap（）通过把设备文件映射到内存中，绕过了内核缓冲区，最快的磁盘访问往往还是慢于最慢的内存访问，因此mmap（）方式加速了I/O访问。另外，mmap（）系统调用使得进程之间通过映射同一文件实现共享内存，各进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，访问时只需要使用指针而不用调用文件操作函数。因为mmap（）的以上优点，所以在程序实现中采用内存映射方式。应用程序调用VIDIOC_STREAMON来启动采集过程： enum v4l2_buf_type type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE； ioctl（fd，VIDIOC_STREAMON，&type）；采集过程开始以后，驱动会不停地将数据写入分配的缓冲区内，当一个缓冲区的数据准备就绪后，驱动就会将其放入输出队列，等待应用程序的处理。当所有的缓冲区都进入输出队列后，驱动将停止采集，并等待缓冲区重新放入采集队列。读取数据时，首先需要将一个缓冲区出队列： struct v4l2_buffer buf； ioctl（fd，VIDIOC_DQBUF，&buf）；驱动会从输出队列取出一个缓冲区，并将其序号赋值给buf.index，应用程序可以通过buffers[buf.index].start来访问缓冲区的数据。当处理完成后，需要将其重新放入采集队列：ioctl（fd，VIDIOC_QBUF，&buf）；（5）停止采集首先停止采集过程ioctl（fd，VIDIOC_STREAMOFF，&type），然后使用munmap函数删除映射，最后调用close（fd）函数关闭设备。视频图像显示模块使用GUI软件提供的API函数的方法进行视频图像显示。视频显示程序基于Qt库来编写，原理是将buf的内容转为image再转为pixmap，然后显示出来。按照以上编写流程编写视频显示程序后，通过交叉编译器编译出目标平台能够执行的代码，下载到开发板中，即可实现视频的实时采集。4 测试结果与分析在目标平台上运行编写的视频采集程序，摄像头所采集到的实时动态图像的截图。从图中可以看出，该系统所提供的视频画面图像质量较好，完全可以满足实际应用中对画面质量的要求。

基于单片机的图像处理采集系统

（二〇一二年六月本科毕业设计说明书学校代码： 10128 学号：题目：基于单片机的图像处理采集系统设计与实现学生姓名：学院：系别：专业：班级：指导教师：摘要传统的工业级图像处理采集系统大多是由CCD摄像头、图像采集卡和PC机组成，虽已得到了广泛的应用，但是它具有结构复杂，成本高，体积大，功耗大等缺点。

随着单片机的迅速发展，开发一种智能控制及智能处理功能的微型图像处理采集系统成为可能，并且也克服了传统图像处理采集系统的诸多缺点。

本设计提出了基于单片机的图像采集系统，该系统主要由四大模块组成：第一个是单片机控制模块，对摄像头进行控制；第二个是摄像头模块，即进行图像拍摄和取图；第三个是Zigbee无线传输模块，功能是将图像传送到上位机；最后是上位机，实现图像显示功能。

其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高，使用环境广泛及成本低等。

利用Proteus和Keil进行仿真调试，可以看到设计内容的运行结果，验证系统运的行正确及稳定性，并且实现了图像处理采集功能，所以具有一定的实用和参考价值。

关键词：单片机；Proteus；图像采集AbstractThe traditional industrial image processing collection system by CCD camera, mostly image collection card and PC unit into, although already a wide range of applications, but it has the structure is complex, high cost, big volume and shortcomings, such as big power consumption. With the rapid development of the single chip microcomputer, the development of a kind of intelligent control and intelligent processing function of micro image processing collection system possible, and also overcome traditional image processing collection system of many of the faults.This design is put forward based on SCM image acquisition system, the system consists of four modules: the first one is the single chip microcomputer control module, the camera to control; The second is a camera module, the image shoot and take diagram; The third is Zigbee wireless transmission module, the function is will images to PC; Finally the PC, realize image display function. Its advantage is hardware circuit is simple, software perfect function, control system and reliable, high cost performance, use extensive and environment cost low status. Use Proteus and Keil simulation commissioning, can see the operation of the design content, as demonstrated the correct and do the system stability, and realize the image processing collection function, so has certain practical and reference value.Keywords:Single-Chip Microcomputer;Proteus; Image Capture目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究现状 (1)1.2 课题研究目的意义 (1)1.3 本课题研究的主要内容 (1)第二章硬件设计 (2)2.1 系统设计方案 (2)2.2 硬件简介 (2)2.2.1 80C51简介 (2)2.2.2 I/O端口 (4)2.2.3 控制引脚 (5)2.3 摄像头 (6)2.3.1 波特率 (6)2.3.2 数据包 (6)2.3.3 摄像头控制指令 (6)2.4 Zigbee无线传输模块 (9)2.4.1 Zigbee简介 (9)2.4.2 Zigbee技术应用领域 (10)2.4.3 Zigbee 技术特点 (10)第三章软件设计及调试 (12)3.1 Keil调试 (12)3.1.1 Keil简介 (12)3.1.2 Keil调试过程 (12)3.2 程序设计 (19)3.3 电路图设计 (20)3.3.1 Proteus简介 (20)3.3.2 电路图设计过程 (23)3.4 Keil与Proteus联机调试 (27)结论 (30)参考文献 (31)附录 (32)程序清单 (32)谢辞 (34)第一章绪论1.1 课题研究现状随着现代电子信息技术的迅速发展，使得信息处理技术越来越重要，而图像处理采集技术在信息处理技术当中有着异常重要的位置。

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由 DSP 完成数字图像处理算法，对数字图像进行算法级处理，这是目前众多便携式图像采集系统的主要构成方式；另外一种是采用 DSP+可编程逻辑芯片 FPGA 或 CPLD 的实现方法，FPGA 或 CPLD 能利用硬件描述性语言设计复杂的逻辑，可以作为整个系统的协处理器来完成某些复
杂、高速传输数据的逻辑接口，例如图像传感器的控制、SDRAM 存储等，由 DSP 完成整个系统的数字图像信号处理运算，配合高速存储设备，实现大数据量的吞吐，这种架构也是目前便携式图像采集系统的常用实
要内容。
图 l 一 1 FPGA 数字信号处理开发流程 2．数字图像采集的相关理论主要介绍了与数字图像采集相关的理论和技术基础，对数字图像常见噪声，数字图像处理的基本算法中值滤波、平滑滤波等进行了阐述。 3．FPGA 实现数字信号的方法介绍了目前 FPGA 的开发流程，VHDL 语言的相关特点和 DSP Builder 的使用。 4．系统硬件模块设计主要包括本文中所使用的 CMOS 传感器、 FPGA 及 ARM 处理器、FPGA 控制 CMOS 传感器模块、FPGA 中值滤波模块的实现、ARM 处理器 LPC2210 硬件模块、TFT6758 和 ARM 的接口模块。 5．系统软件设计详细论述了系统的软件设计方法，主要包括 ARM 处理器 LPC2210 引导程序的编写、图像显示模块的驱动、人机接口模块， FPGA 和 ARM 协同工作方法等。 6．总结及展望讨论了本系统在进行数字图像采集过程中存在的问题、改进的意见和以后的工作中应努力的方向。 2．数字图像采集有关理论 2．1 图像的数字化 2．1．1 CMOS 传感器的工作原理和结构特点 I 体 16l CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体)图像传感器诞生于上个世纪八十年代，时至今 R 已发展了两代 CMOS 图像传感器，第一代为 CMOS 无源像素传感器，第二代为 CMOS 有源像素传感器。其中以有源像素发展最快，已由最初的几万像素、几十万像素发展至今的百万像素，乃至上千万像素的 CMOS 图像传感器。用 CMOS 图像传感器开发的数码相机、微型和超微型摄像机已大批量进入市场。到目前为止，在开发 CMOS 图像传感器中所采用的先进的关键技术可归纳如下： (1)相关双取样(CDS)电路技术： (2)微透镜阵列制备技术； (3)彩色滤波器阵列技术； (4)数字信号处理(DSP)技术；
大连民族学院电子信息工程课程设计报告
课程名称：ARM 嵌入式系统结构与编程题目：基于 ARM 的图像采集与处理系统专业班级：电子 082 学生姓名：黄小宝张晓佳于越石艺丽杨明奇郑文星日期：2011.10.21 指导教师：李绍明
摘要
随着数字图像技术和电子技术的不断发展，图像采集系统已经在民用、商用和军用等各个不同的领域得到广泛的应用。发展体积小，功耗低的便携式数字图像采集系统显得非常必要，而且十分迫切。本文通过研究当前数字图像采集系统的研究成果和发展趋势，设计了一种基于 FPGA 和嵌入式 ARM 组成的便携式数字图像采集系统；并对该系统设计过程中的若干问题进行了深入探讨，论文重点研究了系统的硬件设计和软件实现。论文主要的研究内容包括：详细介绍了 CMOS 传感器 OV9121；提出了利用 FPGA 实现对 CMOS 传感器的控制；在研究图像噪卢的机理后，提出了利用图像中值滤波消除噪声的方法：并研究了在 FPGA 中实现中值滤波的方法；嵌入式 ARM 处理器 LPC2210 的功能和使用方法；ARM 处理器控制液晶显示器 TFT6758 的方法；论文详细讨论了 ARM 处理器和 FPGA 协调工作以及人机接口的实现等相关问题。论文通过分析 CMOS 传感器 OV9121 的控制方法，使用 VHDL 语言在 FPGA 中实现对 CMOS 传感器的控制和图像数据的采集，设计了大容量的双口 RAM 来缓存数据，并且利用 DSP Builder 在 FPGA 中实现了图像中值滤波的硬件设计。本文研究了 ARM 处理器 LPC2210 的特点，提出了利用 ARM 来控制 FPGA 图像采集的方法，设计了 FPGA 和 ARM 的接口电路和控制方法。编写了 LPC2210 的 BootLoader 程序，利用 ADSl．2 开发软件开发了 TFT6758 图像显示器的驱动程序，在 TFT6758 上显示采集到的图像数据。最后本文对系统中存在的问题和今后努力的方向进行了总结。
现方式。随着现代大容量、高密度、高速度 FPGA 的出现，在这些 FPGA 中一般都内嵌有可配置的高速 RAM、PLL 以及硬件乘法器等 DSP 专用 IP 模块，而且在原有逻辑宏单元的基础上嵌入了许多面向 DSP 的专用模块，结合这些硬件资源使 DSP 丌发者能十分容易地在一片 FPGA 上实现整个 DSP 系统，同时 FPGA 中能嵌入高速的 ROM 和 RAM 模块，实现高达 10Mb／s 的读写速率(Altera 公司的 Stratix 系列)【8】，FPGA 的设计非常灵活，通用 DSP 芯片通常只有 1"---4 个乘法器，而在 FPGA 中可以配置数十个乘法器(例如 Altera 公司最新的低成本的 CycloneII 系列 FPGA 可以提供多达 150 个 18×18 位的乘法器)，【9】用来实现通用的 DSP 功能。很多 FPGA 供应商提供了专用的丌发软件(例如 Altera
公司的 DSP Builder) ，以 MATLAB 工具箱的形式出现，利用 MATLAB 中的 Simulink 工具进行图像化设计，建立各种数字信号 DSP 模型，完成后利用 DSP Builder 将其转换成硬件描述性语言 VHDL，通过综合、下载，最后得到能实现 DSP 功能的 FPGA 电路。使得 DSP 开发变得简单，而且 FPGA 高速硬件实现算法的特点使得系统处理速度和效率得到最大限度的发挥。基于 FPGA 数字信号处理开发流程见图 l 一 1 所示。在研究了很多便携式图像采集系统的结构和特点后，本文选用了直接用 FPGA 作为整个数字图像采集系统的核心，利用 FPGA 完成对图像传感器的控制、数字图像的处理，嵌入式 ARM 处理器作为协处理器，负责控制显示器、人机接口等。
1．3 本文的研究内容本文在系统分析了嵌入式系统、FPGA 的发展和图像处理的有关知识后，结合已有的研究成果，提出了以 FPGA 和 ARM 作为系统主体框架的便携式图像采集系统的设计方法，重点研究了系统软硬件构成的若
干问题，并通过多种软件模拟了图像采集的软硬件实现效果，以及在图
像采集中遇到各种噪声模型的滤波处理的预期效果。1．前言介绍便携式数字图像采集系统的应用前景、当前国内外研究现状及本文研究的主
数字图像采集有关理论每个像素点的构成为一个感光二极管和三个晶体管，而感光二极管占据的面积只是整个元件的一小部分，造成 CMOS 传感器的开口率远低于 CCD(开口率：有效感光区域与整个感光元件的面积比值)，而且 CMOS 感光元件中的放大器属于模拟器件，无法保证每个像素点的放大率都保持严格一致，致使放大后的图像数据无法代表拍摄物体的原貌，体现在最终的输出结果上，就是 CMOS 传感器捕捉到的图像细节丢失情况严重
(5)抑制噪声电路技术； (6)模拟数字转换(A／D)技术； (7)亚微米光刻技术。 CMOS 传感器采用感光元件作为影像捕获的基本手段，感光元件的核心都是一个感光二极管(photodiode)，该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应，每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件只能感应光的强度，无法捕获色彩信息，因此必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。在这方面，不同的传感器厂商有不同的解决方案，最常用的做法是覆盖 RGB 红绿蓝三色滤光片，以 1：2：1 的构成由四个像点构成一个彩色像素(即红蓝滤光片分别覆盖一个像点，剩下的两个像点都覆盖绿色滤光片)，采取这种比例的原因是人眼对绿色较为敏感。 CMOS 传感器除了处于核心地位的感光二极管之外，它还包括放大器与模数转换电路，传感器中的每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换电路模块，当感光二极管接受光照、产生模拟电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然MOS 传感器的时候必须使用多种滤波手段对采集到
的数字图像数据进行滤除噪声处理。当然 CMOS 传感器也具有许多优点：CMOS 传感器更容易制造、成本也非常低； CMOS 传感器采用标准的 CMOS 半导体芯片制造技术，很容易实现大批量生产，加之 CMOS 的每个感光元件相互独立，即便有若干个元件出问题，也不会影响传感器的完整性；CMOS 传感器可轻松实现较高的集成度，由于采用半导体工艺制造，厂商可以将时钟发生器、DSP 处理芯片等周边电路与 CMOS 传感器本身整合在一起，从而实现整个图像捕获模块的小型化，也有效降低 OEM 客户的设计难度，同时设计出体积更小的图像捕获装置；CMOS 传感器采用主动式图像采集方式，感光二极管所产生的电荷直接由晶体管放大输出，这种做法虽然导致严重的噪声，但也令 CMOS 传感器拥有超低功耗的优点，在低功耗、小型化图像采集模块等方面 CMOS 传感器都有大量的应用。但由于 CMOS 传感器的结构特点决定了所采集的图像具有大量的噪声，因而 CMOS 传感器所采集的图像必须采用处理方法进行噪声消除。 2．1．2 图像的取样与量化自然界中的图像都是模拟的，模拟图像必须首先经过离散化处理后变成计算机能够识别的点阵图像——数字图像，计算机才能进行处理。这个过程被称为图像的采集。为了把一副模拟图像转换为数字图像，必须在坐标和幅度上都进行取样操作。数字化的坐标值称为取样，数字化幅度值称为量化。严格的数字图像是一个经过等距离矩形网格采样，对幅度进行等间隔量化的二维函数，因此数字图像实际上就是被量化的二维采样数组。用厂 G，J，)二维函数形式表示图像，在特定的坐标 G，少)处，f 的值或幅度是一个正的标量，其物理意义由图像源决定。： ggi-f(x，J，)通过脉冲相应函数^b，y)转换，得到采样后的图像函数 g(x， y)见式(2--1)：