基于ARM的金相顯微組織圖像采集和顯示系統(tǒng)*

董重里，吳開源，趙卓立

（1.廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州 510080；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510640）

基于ARM的金相顯微組織圖像采集和顯示系統(tǒng)*

董重里1，吳開源2，趙卓立2

（1.廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州 510080；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510640）

為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和發(fā)電廠大型金屬工件的金相顯微組織分析，設(shè)計(jì)基于S3C2440嵌入式硬件平臺(tái)和Windows CE 6.0操作系統(tǒng)的金相顯微組織圖像采集和顯示系統(tǒng)。詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件框架、軟件框架和人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)獲取的金相組織顯微圖像清晰，并且具有性能穩(wěn)定、體積小、便攜和成本低等優(yōu)點(diǎn)。

金相顯微組織；圖像采集和顯示；ARM；S3C2440；Windows CE

0 引言

傳統(tǒng)金相顯微視覺系統(tǒng)由顯微鏡本體、CCD攝像頭、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)等四大部件組成，通過(guò)CCD攝像頭將金相組織轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理單元，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，最后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)金相顯微組織的采集和顯示[1-3]。這樣的圖像采集系統(tǒng)成本較高，功耗大，而且體積上也有一定的限制，不方便移動(dòng)。特別是對(duì)正在應(yīng)用中的電網(wǎng)和發(fā)電廠大型金屬工件進(jìn)行金屬缺陷檢查時(shí)，為了保證工件的完整性，往往不能采用切割取樣的方法，只能直接在工件上拋磨、檢視，即對(duì)金屬進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)金相檢查，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)金相組織采集和顯示。此時(shí)，傳統(tǒng)的金相顯微視覺系統(tǒng)顯然不能滿足要求。為了解決上述傳統(tǒng)的金相顯微視覺系統(tǒng)存在的不足之處，提出了一種基于ARM的金相顯微組織圖像采集和顯示系統(tǒng)。

1 金相圖像采集顯示系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的金相圖像采集系統(tǒng)，以嵌入式微處理器為核心，以圖像傳感器為圖像獲取設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 金相圖像采集顯示硬件框架

基于ARM的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，如圖2所示，由圖像采集模塊、ARM嵌入式處理器、人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊相互連接組成。

所設(shè)計(jì)的金相顯微組織圖像采集和顯示系統(tǒng)，以ARM9嵌入式微處理器S3C2440為核心[4]，利用ARM9超低功耗特性和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，與便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CCD圖像傳感器OV9650和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成金相組織采集系統(tǒng)。

圖1 金相圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 金相圖像采集硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 金相圖像采集顯示軟件框架

金相圖像采集顯示軟件以Windows CE 6.0嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序框架為基礎(chǔ)[5]，根據(jù)各單元接口和硬件設(shè)計(jì)而成。系統(tǒng)核心包括三層：硬件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層，如圖3所示。LCD顯示模塊、觸摸屏模塊采用本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；金相圖像采集模塊采用流接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，定制的流接口函數(shù)直接調(diào)用與硬件設(shè)備相關(guān)的處理函數(shù)，省去了層與層之間的調(diào)用和信息傳遞，提高了金相圖像采集處理過(guò)程的實(shí)時(shí)性。

4 金相圖像采集顯示軟件界面設(shè)計(jì)

在Microsoft Visual Studio 2005開發(fā)環(huán)境下[6]，對(duì)金相圖像采集顯示軟件界面進(jìn)行開發(fā)。在軟件主界面中分別應(yīng)用控件Picture Control、Static Text、Button添加按鈕、圖像和文本，改變控件的相關(guān)屬性，構(gòu)建人性化界面，如圖4所示。最后，通過(guò)雙擊按鈕插件產(chǎn)生系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，并使編寫的驅(qū)動(dòng)程序嵌入到響應(yīng)函數(shù)中，以實(shí)現(xiàn)按鈕的響應(yīng)。

圖3 Windows CE 6.0系統(tǒng)下金相圖像采集顯示軟件框架

圖4 金相圖像采集顯示軟件界面開發(fā)

在Windows CE 6.0嵌入式系統(tǒng)下，金相圖像采集顯示軟件界面V1.0的主界面如圖5所示。金相圖像采集顯示軟件界面V1.0的金相圖像預(yù)覽界面如圖6所示。金相圖像采集顯示軟件界面V1.0保存的金相組織圖像如圖7所示。

圖5 Windows CE 6.0系統(tǒng)下金相圖像采集顯示軟件界面

圖6 Windows CE 6.0系統(tǒng)下金相圖像采集顯示

圖7 金相圖像采集顯示軟件保存的金相圖像

5 結(jié)論

該系統(tǒng)以32位ARM嵌入式微處理器為核心，將Windows CE 6.0嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)移植到金相組織顯微圖像的采集和顯示系統(tǒng)中，結(jié)合傳感器技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，通過(guò)對(duì)程序各個(gè)任務(wù)的合理分配，使系統(tǒng)能快速有效地獲取清晰的金相組織顯微圖像，性能穩(wěn)定、體積小、便攜、成本低，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

（1）結(jié)構(gòu)緊湊，取代金相顯微鏡、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)金相組織采集方案。甚至根本就不需要PC機(jī)的介入，在保證采集實(shí)時(shí)性的前提下，能有效降低成本，具有體積小、安裝攜帶方便、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)金相檢查，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)金相組織采集、顯示并進(jìn)行研究分析場(chǎng)合具有突出的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

（2）系統(tǒng)以Windows CE 6.0作為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，開發(fā)周期短，內(nèi)核完善，主要是應(yīng)用層開發(fā)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，利用Windows CE 6.0豐富的GUI（圖形用戶接口），能夠定制非常人性化的人機(jī)交互界面，而且系統(tǒng)維護(hù)相對(duì)容易。

［1］何明，趙文英.金屬學(xué)原理實(shí)驗(yàn)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

［2］衣雪梅.金相顯微組織的計(jì)算機(jī)分析與識(shí)別系統(tǒng)研究［D］.西安：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2006.

［3］曹光明.金相組織的計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)［J］.金屬熱處理，2004，29（10）：54-56.

［4］黃智偉.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程：第2版［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

［5］張冬松.Windows CE 6.0嵌入式高級(jí)編程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［6］史奇博.WORKING WITH MICROSOFT VISUAL STU?DIO 2005使用教程［M］.北京：世界圖書出版公司，2008.

Image Acquisition and Display System for Metallographic Microscopic Structure Based on ARM9

DONG Zhong-li1，WU Kai-yuan2，ZHAO Zhuo-li2
（1.Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corporation，Guangzhou510080，China；2.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou510640，China）

In order to meet the requirements of metallographic microscopic structure analysis for the large metal workpieces of power grid and power plant，the image acquisition and display system for metallographic microscopic structure was designed based on S3C2440 embedded hardware platform and Windows CE 6.0 operating system.The design idea of the system architecture，hardware frame，software frame and man-machine interface is introduced in detail.The experiment result shows that the image acquisition and display of metallographic microscopic structure is clear，and the system has the advantages of stable performance，small volume，portable and low cost，etc.

metallographic microscopic structure；image acquisition and display；ARM；S3C2440；Windows CE

TP391.41

A

1009－9492(2014)01－0060－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.01.015

董重里，男，1972年生，山東蓬萊人，碩士，高級(jí)工程師。研究領(lǐng)域：無(wú)損檢測(cè)、金屬材料表面工程、焊接技術(shù)和定量金相。

(編輯：向 飛)

*中國(guó)南方電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（編號(hào)：K-GD2011-401）

2013－11－08