發布時間：2015-08-13所屬分類：計算機職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 隨著科技的不斷發展，對于現在電子產品的也不斷更新使用。同時對圖片的要求也就大大提高。什么的技術是第圖片處理上占有更好的優勢呢?同時本文針對圖像采集系統軟件設計以及對圖片處理的 應用與實驗等方面做了詳細的研究分析。本文文章選自《計算機應用研究
隨著科技的不斷發展，對于現在電子產品的也不斷更新使用。同時對圖片的要求也就大大提高。什么的技術是第圖片處理上占有更好的優勢呢?同時本文針對圖像采集系統軟件設計以及對圖片處理的 應用與實驗等方面做了詳細的研究分析。本文文章選自《計算機應用研究》,《計算機應用研究》反映并涵蓋了當今國內外計算機應用研究的主流技術、熱點技術及最新發展趨勢，是一份極具收藏價值的技術刊物，《計算機應用研究》編輯部審稿周期為2個月，逾期未收到任何用稿通知，請聯系編輯部查詢。復合影響因子為1.062，綜合影響因子為0.455。
摘要：21世紀是一個充滿信息的時代，圖像作為人類感知世界的視覺基礎，是人類獲取信息、表達信息和傳遞信息的重要手段。數字圖像處理[9]，即用計算機對圖像進行處理，其發展歷史并不長。數字圖像處理技術源于20世紀20年代，當時通過海底電纜從英國倫敦到美國紐約傳輸了一幅照片，采用了數字壓縮技術。首先數字圖像處理技術可以幫助人們更客觀、準確地認識世界，人的視覺系統可以幫助人類從外界獲取3/4以上的信息，而圖像、圖形又是所有視覺信息的載體，盡管人眼的鑒別力很高，可以識別上千種顏色，但很多情況下，圖像對于人眼來說是模糊的甚至是不可見的，通過圖象增強技術，可以使模糊甚至不可見的圖像變得清晰明亮。
關鍵詞：圖像采集,系統軟件,軟件設計
Abstract: the 21st century is an era full of information, the image as a foundation for human perception of world vision, is human to obtain information, express information and an important means of passing information. Digital image processing [9], which USES the computer for image processing, its development history is not long. Digital image processing technology is the result of the 1920 s, when from London to New York by submarine cable transmission a photograph, adopted digital compression technology. First digital image processing technology can help people more objectively and accurately know the world, people can help the human visual system from the outside world for more than three quarters of the information, and images, graphics, is the carrier of all the visual information, in spite of the high flair of the human eye can identify thousands of colors, but in many cases, the image is blurred even invisible to the human eye, through the image enhancement technology, can make the fuzzy even invisible image is clear and bright.
Keywords: image acquisition, the system software, the software design
1引言
隨著科學技術的飛速發展，人們對跟蹤運動物體的實時性以及清晰度的要求越來越高。比方說人們需要知道運動員在運動過程中的圖像信息，便于分析運動員的動作細節，就要得到運動員在運動過程中清晰圖像。這些都要求有獲取飛行物體的圖像信息的工具，于是各種各樣的圖像采集系統誕生了[1]。
提出了一種基于FPGA的圖像采集系統軟件設計方案，可以清晰的拍攝物體在運動中的圖像信息，而且該系統可以應用在特殊的場合，區別于其它同類圖像采集系統。由于本系統是針對某些具體的應用場合，所以大大節約了成本，不必花高成本從國外購買可以實現相同功能的同類產品，同時也提高了該產品保密性。
國外在圖像應用方面的研究工作開展較早，尤其在圖像傳感技術和相機的研究和圖像獲取方面，已應用在社會生活的各個領域，比方說用NBA賽場，拍攝運動員的動作畫面，還有資料表明， 美國在動能彈的研究中也使用攝像拍攝了彈體發射瞬間的圖像。目前，人們對跟蹤運動物體的實時性以及清晰度要求越來越高，但是對于這種專門用于細節圖像觀測的、高分辨率圖像獲取技術國內尚沒有深入研究。為解決此問題，在系統硬件平臺的基礎上，提出了一種基于FPGA的圖像采集系統軟件設計方案。完成了系統軟件的整體方案，主要包括基于FPGA的數據輸入軟件設計、數據讀寫軟件設計、數據輸出軟件設計、異步串行通信軟件設計四個部分，并對各個部分進行了綜合后仿真�？蓪崿F對圖像數據的采集。
國內在這方面起步較晚， 但是對于這種專門用于細節圖像觀測的、高分辨率圖像獲取技術國內尚沒有深入研究。目前圖像方法還主要應用在靜態試驗測量中[2]。
2 圖像采集系統軟件設計
2.1圖像采集系統軟件方案設計
2.1.1 系統硬件平臺
在視頻圖像處理領域，作為一個平臺，可編程邏輯器件FPGA已經非常適合于高性能低成本的視頻和圖像應用。它可以幫助用戶靈活定制系統，縮短產品研發和更新換代的周期，使用戶緊跟技術和市場發展潮流[3]。
本系統的核心是FPGA，用的是Altera公司的高端產品，內部主要特性有內嵌RAM塊、DSP塊、鎖相環(PLL)和外部的存儲器接口等，，采用了全新的邏輯結構-自適應邏輯塊(ALM)，增加了源同步通道的動態相位對準(DPA)電路和對新的外部存儲器接口的支持。還可以采用128位AES密鑰對配置文件進行加密，保證用戶設計的安全性[4]。
CMOS傳感器是用來獲取外界圖像數據，把模擬圖像數據轉換成數字圖像數據，由FPGA來控制其工作。根據系統運行的實際效果，可以在軟件上設置CMOS傳感器的一些參數，比方說曝光時間等。
DDR2 SDRAM用來存儲采集進來圖像數據，相對于DDR2，DDR2具有更高的頻寬、更低的功耗、更好的效能，因此，DDR2 SDRAM目前正在取代DDR SDRAM，逐漸成為服務器、工作站、PC及其它專用系統的主流存儲器配置[5]。
鐵電存儲器FRAM用來存儲系統參數，主要用來存儲CMOS傳感器的參數。FRAM是一種非易失性的存儲器，無限次快速擦寫特性使得這種產品十分適合于擔當重要系統里的暫存記憶體。鐵電存貯器的出現為業界提供了一個高可靠性，而且低成本的方案[6]。
顯示圖像數據時，系統采用LVDS接口進行輸出顯示，即低壓差分信號輸出，LVDS技術是一種低擺幅的通用輸入輸出標準，滿足了數據傳輸的要求，是一種滿足當今高性能數據傳輸應用的新型技術[7]。
可以通過上位機對系統進行在線調試，配置系統參數等。
2.1.2 軟件方案設計
軟件設計流程圖如下圖所示。
本系統的核心是FPGA，所有的工作都是圍繞FPGA展開的，輸入輸出都是對于FPGA來說的。系統主要包括數據輸入軟件設計、數據讀寫軟件設計、數據輸出軟件設計、異步串行通信軟件設計四個部分。
(1) 數據輸入軟件設計
數據輸入的過程也就是FPGA讀取數據的過程，FPGA從CMOS傳感器讀取數據，還完成FPGA對CMOS傳感器的時序控制、參數控制。
CMOS傳感器本省已經把模擬的圖像數據轉換成了數字數據，FPGA從CMOS傳感器讀取的是數字數據。CMOS傳感器的工作時序由FPGA產生，也就是說由FPGA控制CMOS傳感器的工作時序。另外，CMOS傳感器的工作參數也是由FPGA產生的，比如說曝光時間等，借助于PC機通過RS-232通訊協議根據實際的運行效果進行在線調試。
(2) 數據讀寫軟件設計
數據從CMOS傳感器讀進來之后，需要把這些數據存儲起來，系統采用DDR2 SDRAM，FPGA把讀進來的數據存儲到DDR2 SDRAM，然后再讀出來輸出，也就是說，DDR2 SDRAM起到緩存的作用。另外，系統還要完成讀寫鐵電存儲器FRAM，系統主要利用FRAM對CMOS傳感器的參數進行配置，即FPGA事先把參數存儲到FRAM中，然后根據系統需要，再把這項參數數據讀出來，配置CMOS傳感器。
(3) 數據輸出軟件設計
數據的輸出部分，也就是顯示圖像部分，顯示器的工作時序由FPGA產生，也就是產生像素頻率、行頻率、場頻率，根據這些時序輸出數據。而且顯示的圖像是灰度圖像。
(4) 異步串行通信軟件設計
異步串行通信軟件設計部分，實際上是FPGA和PC機之間通過RS-232串口通信協議進行數據傳輸，也就是說通過PC機可以往FPGA里傳輸數據，還可以接受FPGA傳輸過來的數據，從而實現通過PC機在線調試本系統。本系統利用RS-232串口通信協議的主要目的是配置CMOS傳感器。
3 應用與實驗
3.1數據輸入軟件設計思想的驗證
上圖是通過Quartus II內嵌的SignalTap II對CMOS傳感器的工作情況進行的在線邏輯分析驗證的結果，通過計算機可以看到FPGA和CMOS傳感器之間的關聯信號時序是否正確。其中，D_D就是FPGA從CMOS傳感器讀進來的一百位數據，表示十個像素，CMOS傳感器把采集進來的模擬圖像數據變成了數字圖像數據。驗證了數據輸入軟件設計思想的正確性。
3.2異步串行通信軟件設計思想驗證
把寫好的異步串行通信軟件的代碼下載到FPGA后，在上位機上打開串口調試助手，向FPGA發送“11H 01H 30H”三個八位數據，FPGA也返回同樣的三位數據，驗證了異步串行通信軟件設計思想的正確性。能對系統的曝光時間進行在線設置。
4 結論
研究的系統為圖像采集系統，負責研究該系統的軟件編程部分，在硬件電路搭建好的基礎上研究圖像采集系統的軟件設計部分，在硬件上系統主要由FPGA、CMOS傳感器、DDR2 SDRAM、鐵電存儲器FRAM、顯示器幾個部分構成，系統的核心是FPGA，在功能上實現數據采集、存儲、顯示以及能夠通過上位機進行在線配置系統參數。所提出的軟件設計能夠實現圖像數據采集。
SCISSCIAHCI
