一種基于arm的圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計.

1、<p>　　一種基于ARM 的圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　摘　要:基于ARM 的圖像處理系統(tǒng)與基于PC 計算機(jī)的圖像處理系統(tǒng)相比, 體積更小、。本文介紹了基于ARM 的圖像處理系統(tǒng)硬件構(gòu)成, 分析了LCD 控制器與CAMIF (, 重點介紹了基于ARM 的圖像處理系統(tǒng)軟件實現(xiàn)算法。此系統(tǒng)利用ADS1. 2開發(fā)環(huán)境和C 實現(xiàn)顏色提取、灰度處理及邊緣檢測等功能。關(guān)鍵詞:圖像處理;ARM ; ;

2、中圖分類號:TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B　　　　　　　</p><p>　　Design of Image Processing System B ased on ARM</p><p>　　MA Jun 2qing 1,SONG Ai 2guo 1, G AN Ying 2jun 2</p><p>　　(1. S out heast Universit y , N

3、anj ing 210096, China; 2. N anj ing Forest ry Universit y , N anj ing 210037, China </p><p>　　Abstract :Compared wit h image processing system based o n comp uters , system based on A RM is a faster , smalle

4、r and more flexible application. And it owns advantages of lower cost s. This paper introduces t he hardware of image processing system based on A RM , analyzes working p rinciples of L CD cont roller and CM IF (Camera I

5、nterface . In software aspect , it illust rates software algorit hm related to t he system 2design 2process in detail. The image p rocessing software is designed and w</p><p>　　本文介紹了筆者利用ARM 嵌入式系統(tǒng)所設(shè)計的一種圖像處理系統(tǒng)

6、, 該系統(tǒng)選用含有三星S3C2440A 的Y L2440開發(fā)板, 將J T A G 口、串口P2和US B HOST 接口與PC 機(jī)、PIO 并口、串口及US B DEVICE 連接。1　系統(tǒng)的硬件構(gòu)成</p><p>　　1. 1　系統(tǒng)硬件總體框架</p><p>　　基于A RM 的圖像處理系統(tǒng)的硬件總體框架如</p><p>　　圖1所示。S3C2440A 芯

7、片以ARM920T 為核心,</p><p>　　工作頻率高達(dá)400M Hz , 并且集成了L CD 控制器以及攝像頭接口。Y L2440開發(fā)板的兩個標(biāo)準(zhǔn)五線串口波特率為115. 2kbp s , 外接130萬像素CCD 攝像頭, 一個50芯L CD 接口引出了L CD 控制器的全部信號, 資源豐富?；贏RM 的圖像處理系統(tǒng), 在充分利用上述資源的情況下, 將圖像處理程序利用引導(dǎo)裝載程序Bootloader 進(jìn)

8、行BOIS 加載, 實現(xiàn)了多</p><p>　　種實時圖像處理功能。L CD 顯示器選用Y</p><p><b>　　L2440</b></p><p>　　開發(fā)板的標(biāo)準(zhǔn)配置三星3. 5寸觸摸式L TV350QV 2F05型L CD 顯示屏。L CD 控制器以及CAM IF 集成在S3C2440A 核中。</p><p&

9、gt;　　圖1　基于ARM 的圖像處理系統(tǒng)硬件總體框架</p><p>　　1. 2　攝像頭接口CAMIF 原理</p><p>　　系統(tǒng)的CAM IF 接口包括5個部分:圖像多路轉(zhuǎn)換器、獲取單元、</p><p>　　R G B 格式轉(zhuǎn)換模塊、DMA 的P 通道和ISR 中斷控制器, 如圖2所示以ITU 2R BIT601格式進(jìn)入, 轉(zhuǎn)換器, 4R G B 轉(zhuǎn)換模

10、塊, G B Y 表示亮度分量, Cb , Cr 表示紅色色度分量。CAM IF 中有兩路相互獨立的DMA 通道, 分別為P 通道與C 通道。系統(tǒng)所用的P 通道將R G B 圖像經(jīng)A HB 總線存儲到PIP 存儲器中, 而C 通道將Y Cb Cr 以4:2:0或4:2:2圖像用M PEG 24和H263的格式經(jīng)A HB 總線存儲到Codec 中。</p><p>　　圖2　CAMIF 架構(gòu)框圖</p>

11、<p>　　ITU 2R B T 601格式圖像每一像素占用8個字</p><p>　　節(jié), 其輸入時鐘序列如圖3所示。其相關(guān)信號和</p><p>　　CAM IF 其他接口信號的說明如表1所示。</p><p>　　圖3　ITU 2R B T 601輸入時鐘時序圖</p><p>　　1. 3　LCD 控制器原理</p

12、><p>　　S3C2440A 內(nèi)部已經(jīng)集成了LCD 控制器, 因</p><p>　　此可以很方便地去控制各種類型的L CD 屏幕。在</p><p>　　表1　攝像頭接口信號描述</p><p><b>　　信號名稱</b></p><p>　　I/O 有效電平描述</p><

13、p>　　CAM PCL K I 無像素時鐘, 由攝像頭處理器控制</p><p>　　CAM VSYNC I 高/低電平幀同步, 由攝像頭處理器控制</p><p><b>　　CAM HREF</b></p><p><b>　　I 高/低電平</b></p><p>　　水平信號, 由攝像

14、頭處理器控制</p><p>　　CAM DA TA[7:0]I 無像素數(shù)據(jù), 由攝像頭處理器控制</p><p>　　CL T 攝像頭處理器的主時鐘</p><p><b>　　/低電平</b></p><p>　　攝像頭處理器的軟件復(fù)位或掉電處理</p><p>　　注:I/O 的輸入輸出方向

15、是針對AP 而言</p><p>　　SCS2440A 芯片中的L CD 控制器包括將L CD 的圖</p><p>　　像數(shù)據(jù)從存于系統(tǒng)存儲器中的視頻緩沖器轉(zhuǎn)化到</p><p>　　L CD 終端驅(qū)動器的過程邏輯, 用于轉(zhuǎn)換攝像數(shù)據(jù)并收集主要控制信號, 如V FRAM E , VL IN E , VCL K 和VM 等。此外, 包括配合攝像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)端口VD[2

16、3:0], 其結(jié)構(gòu)如圖4所示。</p><p>　　圖4　L CD 控制器的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　LCD 控制器在單色LCD 屏上支持單色、2位或4</p><p>　　位圖形格式。并利用基于時間的高頻算法和幀頻控</p><p>　　制方法使其與8位或12位的超扭曲向列型液晶顯示屏幕進(jìn)行交互。當(dāng)它與調(diào)色薄膜晶體管(TFT 交互時,

17、支持2位、16位或256位圖像顯示。當(dāng)與非調(diào)色式薄膜晶體管交互時, 支持16位和24位逼真彩色圖像顯示。通過編程,LCD 控制器可以支持與水平和垂直像素數(shù)量有關(guān)的和與數(shù)據(jù)接口、轉(zhuǎn)換時間和更新速度的數(shù)據(jù)傳輸線寬度有關(guān)的多種要求。</p><p><b>　　2　系統(tǒng)的軟件設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)是動態(tài)的圖像處理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過攝像頭采集到圖像數(shù)據(jù), 經(jīng)過處

18、理后在L CD 屏上顯示。如果此時沒有中斷輸入, 攝像頭便不停地采集新數(shù)據(jù),L CD 屏也將不斷刷新顯示新畫面。軟件系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能:①將攝像頭采集到的數(shù)據(jù)不經(jīng)過處理</p><p><b>　　7</b></p><p>　　6第4期馬俊青, 宋愛國等:一種基于ARM 的圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　直接在L CD 屏上顯示; ②凸

19、顯所采集到的圖像中綠</p><p>　　色部分, 并將其余顏色全部置黑; ③顯示一幅設(shè)定好的靜態(tài)圖像; ④凸顯所采集到的圖像中紅色部分并保留其余圖像; ⑤將彩色圖像灰度化處理; ⑥將彩色圖像處理為底片模式; ⑦進(jìn)行邊緣檢測; ⑧</p><p>　　執(zhí)行圖像處理的暫停、繼續(xù)及退出。</p><p>　　本系統(tǒng)運行主流程為:引導(dǎo)裝載程序—L CD 初始化—攝像頭初始

20、化—圖像處理。2</p><p>　　. 1　引導(dǎo)裝載程序</p><p>　　引導(dǎo)裝載程序Bootloader 儲存在處理器內(nèi)部的Boot Internal SRAM (4kB , 是在Y L2440開發(fā), 包括對2440核I/O 接口端口A 至端口J 的初始化、ISR 中斷初始化、時鐘信號的設(shè)定、UAR T 初始化及U SB 端口初始化等工作。2. 2　圖像處理方法及程序?qū)崿F(xiàn)</

21、p><p>　　(1 顏色提取與增強(qiáng)如果要進(jìn)行圖像處理, 首先要進(jìn)行圖像的灰度化。以便繼續(xù)進(jìn)行圖像的分割處理?？梢越M合使用屏蔽字和移位操作來得到R G B 各分量值。顏色提取程序的流程如圖5所示。</p><p>　　圖5　絕色提取程序流程圖</p><p><b>　　(2 邊緣檢測</b></p><p>　　微分運算中

22、有一階微分與二階微分, 這兩種微分都可以用在邊緣檢測與提取中。而在數(shù)字圖像中, 數(shù)據(jù)是以一定間隔排列著, 不可能進(jìn)行真正意義上的微分運算。用相鄰像素間的差值運算近似微分, 故實際的運算應(yīng)該是差分。用于進(jìn)行像素間微分運算的系數(shù)組被稱為微分算子。這些微分算子有</p><p>　　多個種類, 其中部分算子如表2。實際的微分運算, 就是計算目標(biāo)像素及周圍像素, 分別乘上微分算子對應(yīng)數(shù)值矩陣系數(shù)的和, 其結(jié)果被用作微分運

23、算后目標(biāo)像素的灰度值。</p><p>　　表2　采用梯度運算的微分算子</p><p><b>　　算子名稱</b></p><p><b>　　一般差分</b></p><p>　　Roberts 算子Sobel 算子</p><p><b>　　求f x 的模

24、板0</b></p><p><b>　　000121</b></p><p><b>　　00000001</b></p><p>　　00212101220221</p><p><b>　　1</b></p><p><b>

25、　　y 00</b></p><p><b>　　010</b></p><p><b>　　0000</b></p><p><b>　　1021</b></p><p><b>　　212221</b></p><p&g

26、t;<b>　　0001</b></p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　1</b></p><p>　　系統(tǒng)選用Robert s 微分算子。經(jīng)微分運算后輸</p><p>　　出的圖像是對應(yīng)于邊緣強(qiáng)度的灰度圖像。如果要求表示邊緣線或者在打印機(jī)上打印

27、, 有必要進(jìn)行二值化處理。圖6為邊緣檢測程序流程圖。</p><p>　　圖6　邊緣檢測程序流程圖</p><p>　　3　引導(dǎo)裝載程序加載與實驗結(jié)果</p><p>　　該軟件系統(tǒng)是直接通過S3C2440A 中的Boot 2</p><p>　　loader 程序加載運行。將串口、USB 接口與電源線接</p><p&g

28、t;　　好后, 其DNW 的COM 口選擇1通道, 波特率設(shè)為152kbps , 地址基址定義在0x32000000(SDRAM 。給開發(fā)板上電后進(jìn)入Bootloader 界面。通過USB 口加載編寫好的圖像處理程序后,LCD 顯示人機(jī)交互界面。向PC 鍵入相應(yīng)數(shù)字后, 系統(tǒng)便開始相應(yīng)的圖像處理。</p><p><b>　　4　結(jié)語</b></p><p>　　本文

29、對S3C2440A 芯片的有關(guān)圖像處理硬件原</p><p>　　86　　　　電氣電子教學(xué)學(xué)報　　　　第31卷</p><p>　　理和應(yīng)用設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)介紹, 對相關(guān)的圖像處理算法與程序設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)分析, 設(shè)計的圖像處理系統(tǒng)已成功地實現(xiàn)了基于ARM 的各種實時圖像處理功能。與普通的基于PC 計算機(jī)的圖像處理系統(tǒng)相比,ARM 嵌入式圖像處理系統(tǒng)極大的簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 縮短了開發(fā)周期, 并

30、且充分發(fā)揮了其速度快、體積小及應(yīng)用靈活等特點。參考文獻(xiàn):</p><p>　　[1]　李佳. ARM 系列處理器應(yīng)用技術(shù)完全手冊[M ].北京:人民郵</p><p><b>　　電出版社,2006</b></p><p>　　[2]　陳兵旗, 孫明. Visual C ++實用圖像處理專業(yè)教程[M ].北</p><p&g

31、t;　　京:清華大學(xué)出版社,2004:54274</p><p>　　[3]　武秀文. 基于ARM 嵌入式平臺的圖像處理系統(tǒng)[D ].武漢:武</p><p>　　漢理工大學(xué)碩士研究生論文. 2006:25226</p><p>　　[4]　優(yōu)龍科技有限公司. Y L2440使用手冊V2006,2006</p><p>　　[5]　SUMSU

32、N G EL ECTRONICS , S3C2440A 322BIT CMOS MI 2</p><p>　　CROCON TROLL ER USER ’S MANUAL , 2004</p><p>　　[6]　吳作勇等. 基于FP GA 和ARM 的彩色圖像處理系統(tǒng)[J].哈爾</p><p>　　濱:自動化技術(shù)與應(yīng)用,2007,26(4</p>

33、<p><b>　　:67270</b></p><p><b>　　(上接第65頁盧　</b></p><p>　　2　根據(jù)以上理論分析, 利用Matlab 軟件對響應(yīng)進(jìn)行數(shù)字仿真, 讓PS K 調(diào)制信號通過如下濾波器:</p><p>　　H (s =(s 2-1. 58s +0. 96 /(s 2</

34、p><p>　　-1. 57s +0. 9</p><p>　　假設(shè)PS K 調(diào)制信號載頻f c =465k Hz , τ=2f c 。對其以f sample =10f c 的速率采樣, 采用脈沖響應(yīng)不變法將模擬濾波器變換成相應(yīng)的數(shù)字濾波器來逼近其頻率特性[5]。以t =0為跳變時刻, 相繼100個點的采樣波形如圖2所示?？梢钥闯? 原PS K 信號在相位跳變處的暫態(tài)響應(yīng)峰值由信號S 1(t

35、和信號S 2(t 分別經(jīng)過濾波器的響應(yīng)共同決定。</p><p>　　圖2　PSK 調(diào)制信號與濾波器響應(yīng)的分解與合成</p><p>　　圖2(a 所示暫態(tài)響應(yīng)的前兩個峰值分別約為</p><p>　　21. 5和1. 1, 而圖2(d 所示全響應(yīng)的前兩個峰值分別可以達(dá)到21. 75和1. 4左右, 這個增益(約0. 3 就是由穩(wěn)態(tài)響應(yīng)疊加上去的。而由式(17 可以

36、看出,</p><p>　　穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值的大小和相位的偏移是受濾波器零點和極點配置影響的, 而根據(jù)式(13 和式(14 暫態(tài)響應(yīng)的峰值同樣也受到濾波器零點和極點配置影響。因此, 合理選取濾波器的零點和極點, 可以有效控制暫態(tài)過程所能上沖的最大值。</p><p><b>　　3　結(jié)語</b></p><p>　　對于PS K 調(diào)制信號激勵下濾波

37、器響應(yīng)的暫態(tài)過程峰值的影響主要有:圖2(a 所示信號S 1(t 第一部分暫態(tài)響應(yīng)的峰值位置與大小, 圖2(b 所示信號S 1(t 第二部分暫態(tài)響應(yīng)的幅度和相位偏移以及圖2(c 所示信號S 2(t 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的幅度和相位偏移。由式(13 、式(14 和式(17 可以看出, 這3部分?jǐn)?shù)值都受到濾波器零點和極點以及PS K 相位跳變角度的影響。這些結(jié)論可以有效指導(dǎo)UNB 濾波器的設(shè)計與理解。</p><p>　　但是,

38、式(11 所表示的濾波器并不包含重極點情況, 重極點的全響應(yīng)表達(dá)式更為復(fù)雜, 有待于進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn):</p><p>　　[1]　H. R. Walker. Ult ra Narrow Band Modulation Textbook ,</p><p>　　2007,http ://www. vmsk. org/</p><p>　　[2]　吳樂南. 超窄帶

39、高速通信進(jìn)展[J].北京:自然科學(xué)進(jìn)展,2007,</p><p>　　17(11 :146721473</p><p>　　[3]　陳曉毅, 姚慶棟, 劉小成. 高效數(shù)字調(diào)制VMSK 的錯覺[J].北</p><p>　　京:電子與信息學(xué)報,2003,25(11 :155821563</p><p>　　[4]　管致中, 夏恭恪, 孟橋.

40、信號與線性系統(tǒng)(第4版 上、下冊[M ].</p><p>　　北京:高等教育出版社,2004</p><p>　　[5]　吳鎮(zhèn)揚. 數(shù)字信號處理[M ].北京:高等教育出版社,2004</p><p><b>　　9</b></p><p>　　6第4期馬俊青, 宋愛國等:一種基于ARM 的圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計</