一种浅水域图像采集器的研制

论文摘要

从20世纪50年代至今,经过半个世纪的发展,数字图像处理的内涵和外延都得到了极大的扩充。图像采集器就是在这样的背景下发展起来的,它可以对目标景物图像进行实时采集和监视,并将采集到的图像全部或部分地记录下来,为日后对某些事件的处理提供方便条件和重要依据。本论文的目的就是设计一种可以在水下搜救、打捞物品等过程中实现图像采集功能的一种产品,针对真实环境下的水下图像进行采集、处理。本文对图像采集系统进行了设计和研究。首先,分析了图像采集原理、图像采集过程,并在此基础上设计了图像采集器各部分的硬件电路。其次,以TI公司的高速DSP为主处理芯片构建了一个视频图像采集与网络化传输平台,具有高速视频图像采集,高效图像编码压缩,使用工业以太网和TCP/IP协议进行图像数据传输。再次,采用离散余弦变换算法实现图像的压缩处理,并在图像预处理的过程中充分利用水下图像的熵信息,在图像增强上采用了基于相对熵的水下图像模糊增强方法,针对传统模糊增强的分界点难以确定的问题,利用图像分割原理结合相对熵方法很好地解决了这个问题。最后,研究了神经网络识别方法。针对BP神经网络的限制和不足进行改进,可以采用动量因子和自适应的学习速率来进行调节。经过实际编程和实验的验证,识别的准确率较高。实验结果表明,基于DSP的网络化视频图像采集系统,结合离散余弦变化算法把图像压缩成JPEG格式进行存储,能够克服传统基于PC机模式的图像处理系统的缺点,提高系统的实时性能,最大可能的降低成本。针对水下光学成像困难,采用了基于相对熵的水下图像模糊增强方法,改善了图像系统中的图像的质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 相关技术发展现状简介
• 1.2.1 国内外图像采集器产品发展概况
• 1.2.2 通用DSP的发展现状
• 1.2.3 数字图像压缩技术和传输技术发展现状及趋势
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 图像采集器的总体方案及硬件设计
• 2.1 图像采集器的结构设计
• 2.2 图像采集系统硬件组成及选型
• 2.2.1 CCD视频摄像机的选型
• 2.2.2 主处理器的选型
• 2.2.3 图像采集芯片的选型
• 2.2.4 网络传输芯片的选型
• 2.2.5 数字逻辑控制芯片的选型
• 2.3 图像采集器的硬件电路设计
• 2.3.1 DSP核心电路设计
• 2.3.2 A/D转换电路设计
• 2.3.3 网络传输电路设计
• 2.3.4 数字逻辑控制电路设计
• 2.3.5 电源电路设计
• 2.4 电路设计中解决的其他问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于离散余弦变换实现的图像压缩算法
• 3.1 图像数据压缩概述
• 3.2 图像压缩和解压缩过程
• 3.3 离散余弦变换的基本原理
• 3.3.1 傅立叶变换的基本概念
• 3.3.2 离散余弦变换
• 3.4 YUV图像格式
• 3.5 基于离散余弦变换的压缩算法研究与实现
• 3.5.1 图像压缩算法的基本原理
• 3.5.2 图像压缩算法实现
• 3.6 本章小结
• 第4章 图像采集器的软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 软件设计原则
• 4.3 系统主程序框架设计
• 4.3.1 TMSDM642的软件资源
• 4.3.2 DSP芯片的开发工具
• 4.3.3 DSP/BIOS及框架结构
• 4.3.4 DSP芯片的C语言开发
• 4.3.5 图像采集程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 水下图像处理技术及采集实验分析
• 5.1 引言
• 5.2 基于相对熵的水下图像模糊增强
• 5.2.1 直方图均衡化
• 5.2.2 中值滤波
• 5.3 特征值计算和神经网络识别
• 5.3.1 特征值的计算
• 5.3.2 BP神经网络识别
• 5.4 实验结果及其分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果
• 致谢