嵌入式機器視覺的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、機器視覺的迅速發(fā)展使得終端客戶對產(chǎn)品的多樣化需求不斷增長,機器視覺系統(tǒng)需要更多靈活應(yīng)用的產(chǎn)品。而嵌入式系統(tǒng)以其小體積、低成本、低功耗引起人們的更多關(guān)注,嵌入式系統(tǒng)在機器視覺的發(fā)展中開始扮演重要角色。在此過程中,作為以嵌入式技術(shù)實現(xiàn)的機器視覺功能的代表性產(chǎn)品--智能相機,由于具有平臺性、通用性以及直接面向工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計的特點,在嵌入式機器視覺領(lǐng)域得到了很快的發(fā)展,但同時,專用型嵌入式機器視覺終端也有很多的研究成果。 本論文旨在研究并

2、力爭解決嵌入式機器視覺系統(tǒng)中的部分關(guān)鍵問題,主要研究了以下三個方面：1、對圖像傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行“模擬”處理,以期提升圖像質(zhì)量；2、支持機器視覺系統(tǒng)開放性要求的通用圖像采集；3、嵌入式系統(tǒng)中的高效圖像運算結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。在嵌入式系統(tǒng)的有限資源中如何獲取高質(zhì)量數(shù)字圖像,如何實現(xiàn)機器視覺所需要的信息分析能力是需要長期研究的課題,本論文對此進(jìn)行了初步的分析。在研究的過程中使用了模擬與數(shù)字相結(jié)合的方式,同時借鑒了IP重用的結(jié)構(gòu),以高效實用為目

3、的,在嵌入式系統(tǒng)中研究了機器視覺所面臨的一些常見的問題。 本文的主要創(chuàng)新工作如下： 1、提出了一種基于模擬技術(shù)的圖像增強方法。針對圖像傳感器輸出的模擬圖像信號,在圖像采集的同時對模擬信息進(jìn)行“模擬”處理,達(dá)到圖像增強的目的。此方法在模擬信號量化之前進(jìn)行信息處理,可以達(dá)到量化之后依靠數(shù)字圖像處理方式不能得到的圖像增強效果,而且模擬增強的方式不消耗系統(tǒng)的計算資源,極大緩解了嵌入式系統(tǒng)計算資源緊張的問題。 2、提出一種

4、數(shù)字補償式一階模擬濾波器的設(shè)計方法,可應(yīng)用于模擬圖像傳感器的信號濾波。此方法通過分析模擬圖像傳感器一階讀出電路的像素串?dāng)_,推導(dǎo)出不產(chǎn)生信息畸變的一階模擬濾波器的截止頻率,并得到在不同截止頻率下的信息畸變量。由此實現(xiàn)數(shù)字信息的畸變補償,得到了不產(chǎn)生信息畸變而降低截止頻率的目的,從而使用一階模擬濾波器達(dá)到高階濾波器的濾波效果。 3、提出并實現(xiàn)了一種滿足機器視覺開放性要求的高效圖像采集設(shè)計方案。 首先研究分析了各種常用圖像傳感

5、器在各種應(yīng)用條件下形成的數(shù)字圖像格式,繼而針對其輸出圖像格式設(shè)計了基于IP重用結(jié)構(gòu)的高效圖像采集方案。它可以滿足不同圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)重組的要求,同時它的重組過程只消耗一次數(shù)據(jù)存取,優(yōu)于目前通用處理器的DMA數(shù)據(jù)組織能力,達(dá)到了高效重組的目的。隨后又對圖像幀的管理組織進(jìn)行研究,指出通用處理器在圖像幀管理的結(jié)構(gòu)上存在的不足之處,并在IP重用的架構(gòu)下提出新的圖像幀管理結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了支持應(yīng)用多線程的多緩沖區(qū)隊列管理,將圖像幀管理的并發(fā)過程