彩色CCD板型相机关键技术的研究与开发

论文摘要

CCD板型相机具有体积小、功耗小、适应度高、可移植性高和通用性强等特点,已经广泛应用于机器视觉应用开发过程中,用于应付各种工农业生产生活需要。随着物联网高新技术的推广以及半导体集成技术水平的提高,在嵌入式机器视觉领域,CCD板型相机的应用前景将越来越大,潜在的市场开发也具有重要的现实意义。本课题来源于产学研合作项目“嵌入式机器视觉控制器的研究与开发”(合同号:07398),基于嵌入式机器视觉平台进行研究,对彩色CCD板型相机的关键技术进行深入探讨和技术实现。针对机器视觉信息量需求提升的特点,以TI公司TMS320DM642高性能图像处理DSP作为处理核心,结合FPGA技术,采用模块化设计,设计实现了一个结构简单清晰,性能稳定的嵌入式机器视觉彩色CCD板型相机。论文针对Bayer彩色滤波阵列原始图像信息进行图像重构处理,获取丰富真实的彩色特征,并且在此基础上添加了自适应白平衡处理,减少了图像偏色带来的视觉差异和处理误差,根据不同的用户需求添加色彩校正处理来增加色彩对比度,添加伽马校正来增加边界对比度;结合多种颜色模型空间的特点,在HSL空间实现了单色提取工具和颜色浓淡处理工具,同时结合YCrCb空间实现了彩色图像灰度化,针对彩色CCD板型相机对于灰度色彩的适应性要求,开发了Bayer原始图像数据灰度化工具。本文从产品化设计和项目研究开发的角度对CCD板型相机的关键技术进行了详细的分析,并对各软件模块功能借助二次平台、上位机平台和嵌入式底层平台完成了实现和优化,从功能性和实时性的角度达到了项目设计的需求。本文对程序部分、算法功能部分以及运行时间等方面进行反复测试,经测试:对于分辨率为640*480的非压缩彩色图像,采集速度可以达到30fps;彩色图像重构时间为34ms,白平衡处理时间为35ms,能满足实际现场的时间要求;单色提取工具特征提取率达到97%以上,充分地验证了该课题的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.2.1 板型相机技术的现状
• 1.2.2 彩色板型相机技术的发展趋势
• 1.3 本论文的任务及研究内容
• 第二章 彩色CCD 板型相机关键技术与总体设计
• 2.1 彩色CCD 板型相机关键技术
• 2.1.1 系统性能需求分析
• 2.1.2 关键技术
• 2.2 彩色CCD 板型相机整体设计
• 2.2.1 彩色CCD 原理
• 2.2.2 彩色图像采集模块
• 2.2.3 图像处理模块
• 2.2.4 串行和以太网接口标准
• 第三章 嵌入式CCD 板型相机彩色图像预处理
• 3.1 彩色图像重构处理
• 3.1.1 彩色滤镜阵列
• 3.1.2 常规CFA 重构方法
• 3.1.3 基于自适应梯度重构算法原理
• 3.1.4 基于自适应梯度重构算法软件实现
• 3.2 色彩校正处理
• 3.2.1 白平衡相关概念
• 3.2.2 自动白平衡算法的分类和选择
• 3.2.3 自适应白平衡算法原理
• 3.2.4 色彩补偿处理
• 第四章 嵌入式机器视觉彩色工具开发
• 4.1 颜色模型理论
• 4.1.1 计算颜色模型
• 4.1.2 视觉颜色模型
• 4.1.3 工业颜色模型
• 4.1.4 颜色模型选取原则
• 4.2 彩色图像单色提取工具
• 4.2.1 单色提取原理与作用
• 4.2.2 基于HSL 颜色空间的彩色图像单色提取
• 4.3 彩色图像浓淡处理工具
• 4.3.1 图像浓淡处理原理及方法
• 4.3.2 基于HSI 的图像浓淡处理实现
• 4.4 图像灰度化工具
• 4.4.1 彩色图像灰度化
• 4.4.2 相机原始数据直接灰度化
• 第五章 上位机实现及测试
• 5.1 上位机实现及优化
• 5.2 预处理模块测试
• 5.2.1 评估方法
• 5.2.2 实验和结果评估
• 5.3 彩色工具实验测试
• 5.3.1 评估方法
• 5.3.2 实验和结果评估
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文和参与的项目