基于USB2.0的图像数据采集系统及去噪算法的研究

论文摘要

随着时代的发展,数字图像的采集和处理应用越来越广泛。其中,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。USB2.0接口以其高传输速度、支持即插即用、热插拔、良好的扩展能力、体积小巧等优良特性在众多接口中脱颖而出,并成为一个标准接口。数字图像在采集和传输过程中,不可避免得会受到噪声的干扰。针对这一问题,各种各样的图像去噪方法被提出来。传统的去噪算法都或多或少地存在着去除噪声的同时,会同时损失细节信息,或者图像变模糊,像质变差等问题。近年来,由于小波在时域和频域同时具有良好的局部特性,从而可以突现研究对象的细节,众多优良特性使小波变换越来越多地被应用于图像去噪领域。其中,小波阈值去噪算法原理简单、实现容易,效果良好,近年来受到了国内外学者的好评。本文提出了一种基于USB2.0接口的图像数据采集及去噪的系统方案。总体说来,本文主要在以下几个方面做了研究和工作:（1）概述了CMOS图像传感器、USB串行通信的发展以及图像去噪技术的研究现状及发展趋势。（2）简要介绍了与系统驱动程序丌发相关的USB总线协议的一些重要技术,包括USB2.0体系结构、传输类型、设备状态和设备描述符等。简单地介绍了本系统采用的Cypress EZ-USB FX系列CY7C68013A芯片。（3）介绍了固件程序设计框架、流程,给出了本系统的固件程序。（4）深入分析了Windows环境下WDM驱动程序开发模型的基本机制、实现原理,并给出了USB设备驱动程序的实现和开发过程。（5）分析了小波阈值去噪中估计小波系数的特性,在传统软阈值和硬阈值方法的基础上,针对硬阈值的不连续特性和软阈值的固定偏差特性,及折中算法的不可导性提出了一种基于小波系数连续的、可导的且阈值偏差可变的小波阈值消噪方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 CMOS图像传感器的发展与动态
• 1.2.2 USB串行通信的发展
• 1.2.3 图像消噪技术的发展
• 1.3 本文的组织结构
• 第2章 USB2.0总线技术
• 2.1 USB2.0的主要特点
• 2.2 USB协议
• 2.2.1 USB系统分层
• 2.2.2 传输类型
• 2.3 USB设备
• 2.3.1 设备状态
• 2.3.2 USB描述符
• 2.3.3 设备请求
• 2.4 Cypress EZ-USB FX2芯片
• 2.4.1 Cypress EZ-USB FX2总体架构和特点
• 2.4.2 FX2的端点结构
• 2.4.3 接口模式
• 第3章 固件程序设计
• 3.1 固件设计的基本框架
• 3.2 主程序
• 3.2.1 初始化函数
• 3.2.2 描述符配置
• 第4章 USB设备驱动程序设计
• 4.1 WDM驱动程序概述
• 4.2 WDM驱动程序的分层
• 4.3 WDM内核模式对象
• 4.3.1 IRP数据结构
• 4.3.2 IRP处理
• 4.4 驱动程序调用流程
• 4.5 WDM驱动程序组成
• 4.6 驱动函数的实现
• 4.6.1 DriverEntry例程
• 4.6.2 AddDevice函数
• 4.6.3 即插即用例程
• 4.6.4 分发例程
• 4.7 驱动程序开发环境
• 第5章 基于小波变换的图像去噪处理
• 5.1 传统的图像去噪算法
• 5.2 小波变换去噪算法
• 5.2.1 小波理论分析
• 5.2.2 小波变换在图像处理中的应用
• 5.2.3 常见的小波变换去噪算法
• 5.3 本文提出的改进小波阈值去噪算法
• 5.3.1 小波阈值去噪原理
• 5.3.2 阈值的估计
• 5.3.3 阈值函数的选取
• 5.3.4 改进的阈值函数
• 5.4 消噪效果评估与实验结果分析
• 5.4.1 图像消噪评估参数
• 5.4.2 图像消噪效果实验与分析
• 第6章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文