基于嵌入式的视觉传感器的研究 ——ARMLinux的视觉图像显示系统研究

论文摘要

传统的视觉图像系统是基于“摄像头—图像采集卡—通用PC机”三者为一体的系统。这种视觉系统不能满足嵌入式环境下对图像实时处理的需求,因此需要研制一种专用的视觉图像系统,既能够实时采集视觉图像,又能实时处理采集到的图像数据。目前,基于ARM的视觉图像系统的研究有很多,主要应用于成像和识别系统。文章分析了国内外视觉系统的现状与未来发展,针对具体项目和实际情况,介绍了一种基于ARM-Linux的视觉图像显示系统。文中对硬件设备和操作系统作了详细的介绍和性能分析,包括对处理器,摄像头,LCD接口,嵌入式Linux等。并对应用软件的各个模块的功能与实现过程作了详细的分析,给出了系统中各个模块的测试结果,同时改进了图像解码算法。该方案相比于传统的视觉图像显示系统具有体积小、成本低、稳定性高、实时性好等优点,并具有很强的实用性价值。论文完成了基本的硬件系统设计和软件开发。硬件平台核心采用嵌入式微处理器S3C2440,外接一个USB摄像头和一个240x320大小的LCD显示屏。通过USB摄像头采集图像,经应用软件处理后,在LCD上完成显示工作。软件方面分为系统软件移植和应用软件开发两方面。系统软件方面包含ARM平台的BootLoader和嵌入式Linux的移植;应用软件方面包含ARM平台嵌入式视觉图像采集模块设计,图像解码模块设计和图像显示模块设计三个部分。论文的最后对系统设计所完成的内容进行了测试和总结,并提出了新的想法和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 机器视觉及其应用范围
• 1.2 机器视觉的现状与发展
• 1.3 嵌入式软硬件发展
• 1.4 本文的工作和组织结构
• 第二章 嵌入式视觉系统设计概述
• 2.1 嵌入式视觉系统组成
• 2.2 嵌入式视觉系统设备介绍
• 2.2.1 USB 摄像头
• 2.2.2 嵌入式处理器
• 2.2.3 液晶显示模块
• 2.3 嵌入式操作系统
• 2.4 嵌入式系统开发流程
• 第三章 视觉系统平台的构建
• 3.1 硬件平台设计
• 3.1.1 S3C2440 微处理器
• 3.1.2 LCD 工作原理
• 3.2 嵌入式 Linux 操作系统的移植
• 3.2.1 交叉编译环境的建立
• 3.2.2 系统引导代码BootLoader
• 3.2.3 Linux 内核移植
• 3.3 驱动程序开发
• 3.3.1 嵌入式Linux 驱动程序开发方法
• 3.3.2 FrameBuffer 显示驱动开发
• 第四章 嵌入式视觉显示系统软件设计
• 4.1 视频图像采集软件模块设计
• 4.1.1 视频设备结构描述
• 4.1.2 打开视频设备
• 4.1.3 初始化设备和设置图像信息
• 4.1.4 获取视频帧
• 4.1.5 关闭视频设备
• 4.1.6 模块测试
• 4.2 图像解码模块设计
• 4.2.1 JPEG 和BMP 文件格式
• 4.2.2 BMP 文件重要数据结构定义
• 4.2.3 JPEG 解码算法基本原理
• 4.2.4 JPEG 解码过程详解
• 4.2.5 模块测试
• 4.3 图像显示模块设计
• 4.3.1 图像显示方法
• 4.3.2 软件环境的建立
• 4.3.3 屏幕图像显示流程
• 4.4 程序优化
• 4.4.1 除法运算处理
• 4.4.2 浮点运算处理
• 4.4.3 循环程序的处理
• 4.4.4 处理器内部寄存器的利用
• 4.4.5 函数调用的处理
• 4.5 小结
• 第五章 系统调试与运行
• 5.1 嵌入式软件下载
• 5.2 嵌入式软件系统调试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文