论文摘要
随着机器视觉技术的不断发展,各种机器视觉系统的研究和开发也在军事和民用领域得到了广泛的关注。特别是机器视觉和以太网接口技术的结合,因其广泛的应用前景而成为一个重要的研究课题。本论文主要研究机器视觉技术中视频图像的实时预处理及视频数据的实时传输技术。论文基于TI的DM642平台,设计了嵌入式机器视觉系统以太网接口,采用TCP/IP传输协议将视频数据通过以太网实时传送到PC机,实现了系统的远程监控。在TI提供的嵌入式操作系统DSP/BIOS架构上,运用网络开发包NDK提供的TCP/IP协议栈,实现了底层硬件驱动程序的编制及其与协议栈的接口,搭建了网络传输的软件平台。为了接收嵌入式视频终端的视频数据,在PC机端基于Winsock开发了视频图像实时播放软件,完成PC机与DSP的双机网络通信。针对本文图像处理数据量大,处理算法简单,适合并行处理的特点,本文采用FPGA做图像的协处理。以FPGA为平台,使用Verilog HDL硬件描述语言实现了中值滤波、灰度增强、图像平滑、边缘检测等硬件图像处理算法。在设计中,针对FPGA图像处理特性,对图像处理算法作出了相应的改进,本文提出的改进中值滤波算法大量节省了硬件资源,提高了图像处理速度。本文提出的实时灰度增强算法实现了灰度增强算法的实时处理,减少了硬件资源的占用率,提高了图像处理速度。最后通过实验验证,验证了嵌入式网络接口的实时图像数据传输功能,测试了网络接口的传输性能;验证了使用FPGA硬件做图像处理能够获得良好的实时性及处理效果,测试了图像预处理模块的速度和实时性等性能。本课题为机器视觉网络接口和图像处理设计做了有益的探索性尝试,对今后以DSP图像处理芯片为核心的机器视觉系统的设计有着积极的意义。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 嵌入式系统以太网接口技术研究现状及发展趋势1.2.2 基于FPGA的图像处理技术的研究现状及发展趋势1.3 课题主要研究内容第2章 嵌入式系统网络通信技术2.1 网络通信原理2.1.1 TCP/IP协议简介2.1.2 TCP/IP协议栈中数据的传输2.1.3 客户－服务器模型2.2 DM642 芯片网络开发技术2.2.1 数字信号处理器TMS320DM6422.2.2 DM642 芯片网络接入硬件实现2.2.3 DM642 芯片网络接入软件平台2.3 PC机网络接口编程原理2.3.1 Winsocket简介2.3.2 WinSocket通信方式选择2.3.3 WinSocket基本的API函数2.4 本章小结第3章 机器视觉系统网络接口软件设计3.1 网络通信连接框架3.2 机器视觉系统网络接口DSP软件设计3.2.1 程序总体设计3.2.2 网络传输任务软件结构设计3.2.3 配置NDK3.2.4 网络协议栈实现3.2.5 应用程序设计3.3 PC机视频通信软件设计3.3.1 PC机软件的框架结构3.3.2 网络接收线程3.3.3 图像DIB接口3.4 嵌入式网络接口性能优化3.4.1 视频中断程序和网络传输任务的同步优化3.4.2 DSP网络发送速度优化3.4.3 PC网络数据接收速度优化3.5 本章小结第4章 FPGA图像处理技术4.1 数字图像预处理4.2 数字图像处理算法4.2.1 图像处理方形窗4.2.2 图像均衡化算法4.2.3 图像平滑算法4.2.4 中值滤波算法4.2.5 图像边缘检测算法4.3 FPGA图像处理的特殊性4.4 FPGA图像处理算法改进4.4.1 图像均衡化算法实时性改进4.4.2 图像中值滤波算法改进4.5 本章小结第5章 FPGA图像预处理模块设计5.1 图像预处理模块总体设计5.1.1 行列计数器的实现5.1.2 方形窗模块的FPGA实现5.2 图像预处理算法的FPGA硬件实现5.2.1 图像线形变换FPGA实现5.2.2 图像直方图均衡化FPGA实现5.2.3 中值滤波FPGA实现5.2.4 图像平滑FPGA实现5.2.5 图像边缘检测FPGA实现5.3 本章小结第6章 实验结果及结论6.1 课题试验平台6.2 嵌入式网络接口的测试6.2.1 网络接口测试6.2.2 嵌入式网络接口性能分析与比较6.2.3 网络接口传输速度测试（TCP传输）6.2.4 CPU占用率6.3 FPGA图像预处理算法测试试验6.3.1 FPGA图像处理整体功能测试6.3.2 改进的中值滤波算法测试6.3.3 改进的灰度均衡算法测试6.3.4 图像处理能力与DSP和PC机的比较6.4 展望结论参考文献致谢
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