基于ARM9的图像采集系统的研究

论文摘要

随着信息科学技术的发展,特别是网络的飞速普及和3C(通信、消费电子、计算机)合一的加速,专业化和微型化成为发展的新趋势,嵌入式图像处理技术成为当前电子产品研发领域的热点,并已应用于消费电子、工业控制、网络通信、军事国防等领域。传统的基于计算机的图像采集设备,成本高而且体积庞大,因而限制了它在便携设备、移动通信等领域的应用。开发高性能、小型化、低功耗、携带方便的图像采集系统具有较好的工程应用前景。嵌入式图像的获取、量化编码以及在通信信道传输的过程中,不可避免的受到一定程度上图像噪声的干扰,甚至严重影响图像的视觉效果。为了提高图像的质量和传输能力,在图像预处理中就必须减少图像中的噪声和对图像进行压缩,尽可能的保留图像的主要特征。本文在基于嵌入式Linux系统的ARM平台上,提出了图像采集、去噪及图像压缩的系统方案。总体说来,本文主要在以下几个方面做了研究和工作。(1)针对标准中值滤波算法和现有改进中值滤波算法的不足,提出了带有噪声检测的改进中值滤波算法。改进的算法首先通过设定判决门限标记出可能的噪声点,然后依据相邻图像像素相关的特性对该像素点再次进行判断,确定噪声点,随后在保留图像信号点的基础上只对图像噪声点进行处理。通过MATLAB7.0仿真实验,改进算法去噪效果良好,而算法的时间复杂度没有增加。(2)深入研究小波变换理论和小波变换编码的方法,并在此基础上对EZW算法进行改进,提出了结合视觉加权和分组的改进嵌入式零树小波编码算法。通过MATLAB7.0仿真实验,改进的EZW算法在主观视觉和客观数据两方面都有较大提高,获得了更高的性能。(3)完成系统的硬件和软件平台设计。针对SANSUNG公司的ARM9微处理器,完成了系统的时钟模块、LCD模块、NOR Flash存储器接口、SDRAM接口、ARM电源电路、USB接口电路等模块设计,然后研究了嵌入式Linux系统上的USB摄像头视频采集与显示系统的基本结构,详细剖析Linux内核支持USB摄像头的Video4Linux技术,并在此基础上编写了Linux下图像采集与显示的代码,最后分析了改进的EZW压缩算法,并给出了部分重要代码。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 嵌入式图像采集现状
• 1.2.2 图像压缩编码现状
• 1.2.3 图像去噪的研究现状和趋势
• 1.3 本文工作及创新点
• 1.4 论文结构
• 第二章 系统方案分析与设计
• 2.1 系统总体架构
• 2.2 嵌入式CPU 及操作系统的选型
• 2.2.1 嵌入式CPU 选型
• 2.2.2 嵌入式操作系统选型
• 2.3 图像采集系统硬件结构设计
• 2.4 图像采集系统软件结构设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 图像采集系统的硬件电路设计
• 3.1 图像采集系统的外围器件设计
• 3.1.1 电源电路和复位电路设计
• 3.1.2 串口电路设计
• 3.1.3 LCD 显示模块和以太网接口设计
• 3.1.4 JTAG 和USB 电路图设计
• 3.2 存储系统模块设计
• 3.2.1 NOR Flash 接口电路设计
• 3.2.2 SDRAM 接口电路设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 消除脉冲噪声的改进中值滤波算法
• 4.1 图像噪声
• 4.1.1 噪声的特征
• 4.1.2 噪声的分类
• 4.2 中值滤波算法
• 4.2.1 中值滤波原理及实现步骤
• 4.2.2 现有中值滤波改进方法分析
• 4.3 带有噪声检测的改进中值滤波算法
• 4.3.1 脉冲噪声检测
• 4.3.2 脉冲噪声的滤出
• 4.3.3 改进的中值滤波算法描述
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 改进的嵌入式零树编码算法
• 5.1 改进算法理论基础
• 5.1.1 小波分析
• 5.1.2 离散小波变换
• 5.1.3 多分辨率分析
• 5.1.4 小波图像压缩技术
• 5.2 基于小波变换的零树编码
• 5.2.1 零树与逐次逼近量化技术
• 5.2.2 EZW 算法分析
• 5.3 改进的嵌入式零树编码算法
• 5.3.1 视觉加权
• 5.3.2 整除求余分组
• 5.3.3 改进的EZW 算法
• 5.3.4 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 图像采集与处理
• 6.1 图像采集的整体结构
• 6.1.1 USB 摄像头驱动配置
• 6.1.2 摄像头驱动程序加载
• 6.2 图像采集模块软件设计
• 6.2.1 Vide04Linux 常用数据结构分析
• 6.2.2 Vide04Linux 编程
• 6.2.3 图像采集软件程序具体实现
• 6.3 图像数据压缩
• 6.4 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 （攻读硕士学位期间发表论文目录）
• 摘要
• ABSTRACT