基于DSP与双目CMOS摄像头的数字图像处理系统

于 与双目 狠 , 斗回数字 处理系统 侯彦宾 , 李玉 山 , 张 静 西 安 电子 科技 大 学 电路 研 究所 信箱 , 陕西 西 安 摘 要 介 绍 了基 于 浮点 处 理 器 与 双 摄像 头 的 数 字 图像 采 集处 理 系统 , 探讨 了 系统 的 基 本原 理 和 设 计 方 法 , 并给 出 了 系统 的 实现 方 案 。 在该 系统 中 , 数据 采 集 由 两 个相 互 独 立 的 摄 像 头 完 成 , 并 由 进 行 图像 处理 , 协 同 完 成 时序逻辑控 制 和 组合 逻辑控 制 。 处 理 后 的 图 像 可 以 通 过 接 口 输 出 。 该 系统 主要 由 和 实现 , 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 灵 活 , 具 有很 强 的 重 构 性 。 关键词 图像 图像 处 理 传统 的数字 图像处 理通 常采用 图像采集 卡 , 将模拟 电视信号转换成数字信号 , 然后 由 机进行软处理 。 这 样不 仅 不 够 灵活 , 处 理能力也受 到 机 和软件的 限制 。 随 着 成像 芯 片工 艺 的 改 进 和 数字信 号 处 理 器 功 能的提 升 , 使得数据 量 与计算量较 大 的 图像硬 处理成为 可 能 。 本 文 详细 介绍 了 通 过 两 路 摄像 头 采集 图 像 , 以 浮点 为核 心 处 理器 , 采用 万 门 实现 逻 辑控 制 的数字 图 像采集处 理 系统 的 设计 原 理 和 实现 方法 。 本 系统所采用 的芯 片与器件 , 在保证性能 的 同时 , 兼顾低功耗 , 整 个 系统 可 以 由 线缆供 电 。 原 理概 述 整 个 系 统 的 原 理 框 图 如 图 所 示 。 系 统 上 电 后 , 配 置 子 板把 配 置 文 件 加 载到 中 。 由外 部 引导 , 通 过 先设置 接 口 芯 片 的 内 部寄存器 , 再通 过 ℃ 总线设 置摄像头 、 的控制寄存 器 。 提供摄像头 的工 作时序 和 图像序列 的读写 时 序 。 云 台在 的控制下 可 以 上 下左右调 整 , 捕捉感兴 趣 的 目标 。 片 的 作 为两路摄像头 的数据存 储器 , 的 则充 当 的外部数据缓 冲 。 处 理 后 的 图像 既 可 以 直接输 出至 进行 显 示 , 也 可 以 通过 总线传送 至 机 。 系统设计 整 个 系 统 由三 部 分构成 图像 采集模块 、 图 像处 理 模块 和 图像传输模块 。 , 图 像 采 集模块 该模块 主要 由两组 摄像头 和 云 台组 成 。 该模 块 的接 口 信号 见 图 。 压压石泪习 ‘ ‘‘‘‘‘‘‘ 接收器器 “ 吕匕 ’ 】逻控控控控控控控控控控控控 匕匕一一一一习 辑 · 制制制制制制制制制制制制 尸尸一义乞尸 , 井共 尸逻逻逻逻 冈处篡望。 日一 只辑辑辑辑辑辑辑‘‘ 〕 控制制制逻逻逻逻逻逻逻逻逻逻逻逻逻辑辑辑 模模模拟拟拟 处处处理 电路路路路路路路路路路路路路路 二二二 八 一 , 广 蔷蔷避夔夔 · 水平旋转使能能能 · ············ ··· 垂直旋转使能能能 发 送 器器 ············旋转脉冲序列列列列供供 电模块块块块块块块块块块块块块块块块块块块块 图 图像采 集模块 连 接 图 只 摄摄像 头 叮叮叮叮叮叮叮叮 理 甲 几 , , ‘ , ,, 云云 台 工工工工工工工 压 ‘ , 七‘ 立立 接 口 芯片片 叮叮叮叮叮叮 ⋯⋯⋯⋯云云 台 】气 配 置 子 板板 图 数字 图像采集处 理 系统原 理 框 图 欢 迎 网 上 投 稿 摄像头采用韩 国现代的 和五 层玻璃透镜 。 采用 林 的 工艺 , 有效像素 万 , 功 耗低于 , 具有曝 光控制 、 增益 控制和 白平衡处 理 等功能 , 最 大帧率 。 通 过 标准 的 ℃接 口 设 置 的内部寄存器 , 可 以 调 节 图像 的曝光时间 、 分 辨率 、 帧率 、 增益 、 镜像 等 。 输 出 位 的 原始数据 , 本系统采用 了其 中的高 位 。 多层玻璃 透镜可 以滤除波长 大于 的红 外线 , 并采用 超焦距 对焦方式 , 最小成像距离为 。 摄像头借助云台跟踪运动 目标 , 水平旋转范围为 一 。 “ 垂直旋转范 围为一 气 。 。 考虑到运 动 图像处理 至 少需 要 帧的序列 图像 , 每 一 《电子技术应 用 》 年第 期 组 摄像头配备 了 片 。 片做数据采集缓 冲 , 片 存储 处理后 的结果 。 图像处 理模块 该模块 由 、 和 数据缓存器组成 。 主 要器件 的选 型 主要完成 的功能有 加 电 自举 , 初始化 接 口 芯 片 通 过 代 接 口 设置摄像头 的寄存器 对 图像进行预处理 , 提高成像质量 控制 云 台的转动 , 实现运动 目标的跟踪 。 在本系统 中的作用有 提供 图像采集 、 存储与传输的 工作时序 协 同 实现复杂 的组合逻 辑控制电路 实现标准的 接 口 , 外接 显 示 器 。 基于 以上要求 , 本系统采用 公司 的 位浮点 。 采用 改进 的哈佛 总线结构 , 主 频 为 , 内部集成硬件乘法 器 和 累加 器 , 采用 流水线 叫 甚 长 指 令 字 指 令 , 具有 丰 富 的 片上 外 设 , 并有专 门针 对数字信号 处理 的指令 系统 , 运算能力 可 达 , 适用 于计算量 大 、 实时性高 的数字 图 像 处 理 领 域 。 则 采 用 公 司 系 列 的 。 具有高速度 的数据速率 、 高密度 有效逻辑 万 门 、 低噪 声 和 低功 耗 的特点 。 有 个 、 个低电压差分信号 的 口 , 工作电压 为 和 。 图像 的预处 理 运动 目标检测与跟 踪 、 目标 的识别与提取等基 于 图 像 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 的处理 , 对 图像质量要求较高 。 影 响成像质量 的 两 个重 要 因素为曝光和 白平衡 人 眼 对外部环 境 的 明 暗 变化非常敏感 , 在强 光环境下 , 瞳孔缩小 , 使得景物不 那 么刺眼 而光线较弱时 , 瞳孔扩大 , 使景物尽 可 能地变 清 楚 。 这在成像 中 , 称 为曝光 。 当外界光线较弱 时 , 成像芯 片工 作 电流较 小 , 所成 图像偏 暗 , 这 时 要适 当增 加曝光 时间进 行 背光 补偿 光线 充足 或 较强 时 , 要 适 当 减 少 曝 光 时间 , 防止 曝光 过 度 , 图像 发 白 。 改 善成像质 量 , 仅靠调 节曝 光时间是不够 的 。 因为物体颜 色会 随照 射光线的颜色发生 改变 , 在不 同的光线场合 图像有不 同 的色温 。 这就是 白平衡 问题 。 传统光学相 机或摄像机通 过给镜头加滤镜消除图像的偏 色现象 。 对 于 成像 芯 片 , 可 以通 过 调 整 三 基 色 的 电子增益解决 白平 衡问题 。 本系统的 自动曝光控制和 白平衡处理实现方法如下 采集一 帧 原始 图像 , 在 中先计算 出整 幅 图像亮度 的均值 然后对 图像做直 方 图均衡化 , 再 计算 出此 时 图像 的亮度 均值 并作 为一个 阂值 。 将 与 进 行 比较 , 如果 , 则 调 大 的 脚 寄存器 的值 以 增加 曝光 时间 反 之 , 减 小 曝 光时 间 。 白平衡 的调 节 与此相 似 , 根据原始 图像 与均衡 化后 的 和 的均值 , 通 过 的 、 调 节红 色 、 蓝 色通 道 的增 益 。 和 ‘ 的转换关系式为 二 一 二 一 其 中 , 是亮度分量 , 和 则是 色差 分量 。 的曝光时 间范 围为 。一 对一 个像素时钟周 期 , 即 一 增益范围一般为 一 。 试验结 果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 , 经过 一 次的迭代就能取得较为理想 的效果 。 上述过程示 意图 以及成像效果如图 和 图 所示 。 图像数 据 杯 一 。 , 。蕊七 兽 占 不 一 ‘后 存储 图像 , 以 , ￡ 减小 和 增 大 和 延 长 曝 光 缩 短 曝 光 通 过 代 设 置 的 内部控 制 寄存器 图 曝 光控 制 和 白平 衡处 理 曝光不 足 次 迭 代结 果 次迭 代结 果 图 成 像效 果 图像传输模块 本 系统 图像传输模块采用 高速 串行总线 。 总线支持点对点通信 、 即插 即用 和热插拔 , 有等时和 异步两种传输模式 , 速率高达 , 最大有效距离为 。 线缆可 以提供 一 的 电压 以及最高可 《电子技术应 用 》 年第 期 本 刊 邮 箱 达 的电流 , 完全满足整个系统 的供电需求 。 该模块 主要包括链路 层 和物理 层 两 个控制器 。 , 链 路层 控制 器 主主 机机 图 主机与 设备 之 间 的通 信 , 具 有 的 通 用 接 收 与 的通 用 发送 , 支持异步传输 与等时传 输 ‘。 微控制器接 口 支持 位的数据宽度 , 工作时钟最 高达 。 提供 方式 , 待发送数据边 读取 边传送 , 传输效率较 高 。 , 物理 层 控制 器 竹 提 供 三 个 端 口 , 单 独 供 电 , 符 合 标准 , 支持等时传输 和异步传输 , 支持 的 传输速 率 , 可 以 与 巧 、 飞 、 巧 、 侣 或 巧 等链 路层 控制 器 实现无缝 连接 , 具有较高的通信速率与可靠性 。 本 系 统 为 了便 于 调 试 , 机 被设 定 为根 节 点 控 制 器 , 应 用 程 序和 硬 件通 过 驱 动程 序进 行交互 。 应 用 程 序通 过设 备驱 动程 序 、 总线驱 动程 序 、 端 口 驱 动 程 序与 设 备进 行 通信 , 如 图 所示 。 其 中 , 总 线驱 动 程 序和端 口 驱动程序处理所有 繁琐的 底层通 信 , 只需 提 供设备驱 动程 序 。 和 的 内部寄存器通 过 设置 , 设备 的发现 与识别 、 驱 动程序的安装 、 总线 的初 始化等也需 要 的控 制和 响应 。 本 系 统 图 像 的 最 大 数 据 量 为 二 , 最高支持 的传输速率 , 图像实 时传输 不需要经 过 压缩 。 实际传输过程 中 , 为确保每帧 图像 的完 整 , 采用异步传输模 式 , 图像 序列 之间加人 了 帧 同步信号 , 使带 宽利用 率有所 下 降 , 最 终 的实测 速率 为 研 。 该 系统 采用 位 浮点 和 大 容 量 、 多 口 的高速 , 数 据处 理能 力 强 , 电路设计 灵活 , 为今后运 动 目标检测与跟踪算法 的研究提供 了软 硬件支持 。 参考文 献 , , 只 巧 介 朋 , 仆 朋 , , , 花 何东健 数字 图 象处 理 西 安 西安 电子科技大学 出版社 , 收稿 日期 一 一 成‘比豆确皿 枉甲比戒卫 上 接第 页 ‘ 为离散 阶跃 函 数 , 约 为 第 个 流 行 的 资 源 序号 , 几 , 又 , 约 为 , 凡 约为 。 通 常 , 网络 中资源分布在 对数坐标 系 中的线 性程 度较好 , 对 比 和 成 的网络特点 可 知 , 产 生 这种分段 线性 的原 因如下 更新机 制不 同 。 的主要 内容是 网页 , 虽 然 内 容总 在不 断更新 , 但 当新 的 内容产生 后 , 原来 网 页 的 内容并 不 会立 刻消失 , 而是让 出 主要 的位置 , 继续存在 于该网页上 。 而 网络上 的 内容主要是 由单个文件组 成 。 一般说来 , 整个文件可 以 被看成是瞬时产生 , 而 又会 被瞬间删除的 。 这 就导致 了 网络热门内容的副本数 量达不到拟合值的效果 。 各个服务器 的 网页多呈树形结构 , 当重要 和热 门的 内容出现 时 , 它 不仅 出现在该树 的叶子节 点 , 而 且 也存在 于其叶子 的各级祖先节点上 。 也就是说 , 在 一 个服务器上 往往 不 同的 网页上 存放 多个相 同的 内 容 、 而 ’ 的 内容一 般是单 个的文 件 。 对 于 一 个 文 件 , 各 个 不 会同时保持多个副本 。 所 以 网络 的 热门内容就不 及 网络中出现得频繁 。 网络 中具 有服 务器特点的节 点很 少 , 这就 出 现 了较 长拖尾 。 这 种 长拖 尾 也使得热 门节 目的副本数量 显 得 比较少 文 中根 据 定律 分析 了 网络 中的 资源 分布 , 并指 出用 讨定律来描述 的 不 足 , 最 终给 出 了更 适合 的数学模 型 。 根 据分析 , 这种 数学模 型 也适 合 于 其 他 的 文件共享系统 。 网络 有 着 和 网 络 类 似 的 分 布 , 可 以 将 领域 中的 ‘ 技术的大部分机制应用 到 系 统 中 , 以 有效提高系统的性能 。 针 对 的分 析模 型 通 常假设 资源 分 布满 足 定律 。 如果采用本文所提 出的数学模 型 , 应 能有效 地提高分析的真实性 。 参考文 献 比 一 一 , 扣阵 ‘ 而 玩 一 , , , 讨一 ’ 阮 ‘ , , 即 , 心 一 邵 , 。 , , 收稿 日期 一 一 次 迎 网 上 投稿 , 门浑 《电子技术应 用 》 年第 期