嵌入式二维编码平面定位系统的设计

论文摘要

手写输入系统及交互式数码白板等产品已经被广泛的应用在各个领域,这些产品中都采用了一种平面定位技术来检测触点在平面内的准确位置。随着这些产品技术的迅速发展,对平面位置检测方法的研究也有着重要的现实意义。本文在比较了传统的平面定位原理后,从条码编码原理和数字图像识别展开研究,提出了一种基于编码及图像识别的平面定位方法,设计了一种实现简单、成本较低的嵌入式平面定位系统。本文主要研究工作:(1)系统总体设计部分,以PXA270开发板为硬件平台、Linux为操作系统及基于Qt/E的坐标识别软件为应用程序,设计了嵌入式系统结构方案,并对提出的系统设计整体方案进行了可行性分析。(2)硬件平台设计部分,讨论了两种基于二维条码编码的平面设计方案,并提出了相应的译码方案。(3)定位算法设计部分,结合了数字图像处理理论与平面编码方案,提出了一种基于平面编码及图像识别的平面坐标识别算法。(4)详细介绍了了嵌入式Linux系统的构建与移植过程;基于Vide04Linux的USB摄像头图像采集过程;基于Qt/E的图像显示及BMP格式文件存储的全过程。(5)设计了基于Qt/E的坐标识别软件,该软件能够对采集到的二维条码图像进行灰度变换、中值滤波、二值化的必要预处理,并识别编码平面上点的坐标值。本文最后通过误差实验来验证坐标识别算法的正确性。同时,详细分析了误差产生的原因,并提出了改进方法。实验数据表明,本文提出的平面定位方法原理上正确,技术上可行,对于相关的产品开发具有重要借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和现实意义
• 1.2 国内外研究的状况
• 1.3 本文的内容安排
• 2 系统总体设计方案
• 2.1 系统功能需求
• 2.2 系统组成与结构
• 2.3 硬件平台设计
• 2.3.1 PXA270-EP开发板
• 2.3.2 LCD选择
• 2.3.3 USB摄像头选择
• 2.3.4 编码平面设计
• 2.4 译码方案设计
• 2.5 嵌入式操作系统的选择
• 2.5.1 引入操作系统的原因
• 2.5.2 嵌入式系统的选择
• 2.6 整体方案的可行性分析
• 3 嵌入式Linux系统构建与移植
• 3.1 交叉开发环境的建立
• 3.1.1 安装交叉编译工具
• 3.1.2 配置minicom
• 3.1.3 配置简单文件传输协议TFTP
• 3.1.4 配置网络文件系统NFS
• 3.2 Bootloader移植
• 3.2.2 Bootloader选择
• 3.2.3 Bootloader移植
• 3.3 Linux内核移植
• 3.3.1 Linux内核配置
• 3.3.2 Linux内核编译
• 3.3.3 Linux内核下载
• 3.4 根文件系统的构建与移植
• 3.4.1 文件系统的结构
• 3.4.2 文件系统的类型
• 3.4.3 创建JFFS2根文件系统
• 4 系统应用程序的设计
• 4.1 图像采集模块实现
• 4.1.1 摄像头驱动程序加载
• 4.1.2 Video4Linux数据结构
• 4.1.3 Video4Linux采集方式
• 4.1.4 图像采集的具体实现
• 4.2 图像显示与存储实现
• 4.2.1 Qt/Embedded简介
• 4.2.2 Qt/Embedded开发环境建立
• 4.2.3 图像显示模块实现
• 4.2.4 BMP图像编码格式
• 4.2.5 图像存储模块实现
• 4.3 图像处理算法设计
• 4.3.1 彩色图像灰度化
• 4.3.2 图像的灰度拉伸
• 4.3.3 图像的滤波
• 4.3.4 图像的二值化
• 4.4 坐标识别算法设计
• 4.4.1 条码一维化方案
• 4.4.2 基点的计算方案
• 4.4.3 坐标识别算法设计
• 5 系统测试与分析
• 5.1 误差实验
• 5.2 误差分析
• 5.3 动态定位实验
• 5.3.1 FrameBuffer简介
• 5.3.2 帧缓冲设备驱动
• 5.3.3 基于FrameBuffer的动态定位实验
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢