基于USB2.0的CCD图像采集及边缘检测系统研究

论文摘要

随着时代的发展,数字图像的采集和处理在科学研究、工农业生产、医疗卫生和公共安全等领域得到越来越广泛的应用,而这些工作的完成都依赖于一个高速的数据采集系统。同时,数字图像采集也是进行图像处理、压缩、识别的基础。因此,数字图像采集系统的研制有着重要的现实意义和应用价值。目前的图像采集系统大都通过计算机接口将数据传输到计算机中,借助计算机的高运算速度和大存储容量完成图像采集工作。传统的计算机接口在处理图像数据传输时存在成本高、使用不便等问题,需要选用新的传输接口来代替。在数字图像处理领域,边缘检测一直是一个研究的热点与难点。由于边缘检测存在经典的“两难”问题,因此,尽管许多专家、学者投入了大量时间和精力进行研究,但始终未能圆满解决。在此背景下,本文提出了一种基于USB2.0接口的图像采集及处理系统设计方案。该系统以面阵CCD图像传感器为数据采集源,并包含数据传输模块、实时显示模块、边缘检测模块和图像存储模块。总的来说,本文主要在以下几个方面做了研究和开发工作:(1)概述了CCD图像传感器和数据采集系统的发展以及图像边缘检测技术的研究现状。在此基础上,提出本系统的整体架构和设计方案。(2)简要介绍了与本系统开发密切相关的USB协议体系中的一些重要概念,包括USB传输类型、USB描述符、USB设备请求。在分析面阵CCD信号处理芯片输出的同步时序信号和USB2.0接口芯片CY7C68013A的性能特点的基础上,开发了Slave FIFO模式的USB固件程序。(3)研究了Windows平台下驱动程序模型WDM,分析了该模型的层次结构与组成,并按照USB设备驱动程序的开发流程设计了CY7C68013A的专用驱动。(4)基于小波分析理论设计了一种边缘检测算法,该算法结合三次B样条函数的多尺度分析能力与方向导数的方向特性,可有效抑噪并定位边缘。(5)在分析应用程序功能的基础上,明确了模块划分,并在VC6.0环境下逐一实现,包括数据采集模块、实时显示模块、边缘检测模块和图像存储模块。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 CCD及其应用技术的发展
• 1.2.2 图像采集系统的发展
• 1.2.3 图像边缘检测技术的发展
• 1.3 问题的提出
• 1.4 研究目标和内容
• 1.5 章节安排
• 第2章 EZ-USB FX2固件程序设计
• 2.1 USB协议相关概念简述
• 2.1.1 USB传输类型
• 2.1.2 USB描述符
• 2.1.3 USB设备请求
• 2.2 EZ-USB FX2接口芯片概述
• 2.2.1 CY7C68013A端点结构
• 2.2.2 CY7C68013A工作模式
• 2.2.3 CY7C68013A Slave FIFO模式
• 2.3 固件程序设计
• 2.3.1 基本框架
• 2.3.2 USB描述符配置
• 2.3.3 初始化模块
• 2.3.4 控制命令响应及图像数据传输模块
• 第3章 USB设备驱动程序设计
• 3.1 USB驱动开发基础
• 3.1.1 Windows XP系统驱动概述
• 3.1.2 WDM模型层次结构
• 3.1.3 WDM驱动程序组成
• 3.1.4 驱动程序调用流程
• 3.2 USB驱动程序实现
• 3.2.1 USB设备驱动程序编程接口
• 3.2.2 关键函数实现
• 第4章 基于小波变换的边缘检测算法
• 4.1 传统边缘检测算法
• 4.2 小波分析的基本理论
• 4.2.1 连续小波变换
• 4.2.2 小波变换的多分辨率分析
• 4.2.3 二进小波变换及快速算法
• 4.2.4 信号与噪声小波变换局部极值的多尺度传播特性
• 4.3 基于方向导数和B样条小波的边缘检测算法
• 4.3.1 算法的设计思想
• 4.3.2 小波变换模极大值与信号多尺度边缘检测原理
• 4.3.3 三阶B样条小波及滤波器系数推导
• 4.3.4 基于方向导数的小波函数构造
• 4.3.5 改进算法的实施步骤
• 4.3.6 仿真结果与结论
• 第5章 系统应用层程序设计
• 5.1 CyAPI函数库
• 5.2 应用程序功能模块设计
• 5.2.1 基于CyAPI函数库的数据采集模块
• 5.2.2 基于DirectDraw的实时显示模块
• 5.2.3 基于VC与Matlab的边缘检测模块
• 5.2.4 图像存储模块
• 5.3 测试结果
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文