初探嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)

吳文慶

摘 要：現(xiàn)階段通常使用攝像頭采集圖像，隨著技術(shù)逐漸成熟，圖像采集的質(zhì)量愈加提升，但傳統(tǒng)圖像處理技術(shù)過分依賴電子設(shè)備。因此，嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，且具備一定的優(yōu)勢(shì)。本文通過分析嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)該技術(shù)所構(gòu)成的設(shè)計(jì)方案與軟硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，供相關(guān)人員以參考。

關(guān)鍵詞：嵌入式;圖像采集處理;軟件設(shè)計(jì)

Abstract： at this stage，we usually use cameras to capture images.With the development of technology， the quality of image acquisition is improved， but the traditional image processing technology relies too much on electronic equipment. Therefore， the embedded image acquisition and processing system came into being， and has certain advantages. By analyzing the application advantages of the embedded image acquisition and processing system， this paper makes a brief analysis of the design scheme and hardware and software implementation of the technology， which can be used as a reference for relevant personnel.

Key words： embedded; image acquisition and processing; software design

引言：信息化時(shí)代背景下，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及數(shù)字信息技術(shù)得到了高速發(fā)展，傳統(tǒng)PC將會(huì)被取代，后PC時(shí)代來臨，嵌入式概念逐漸被人們接受，融入現(xiàn)代人生產(chǎn)生活中。如，測(cè)量監(jiān)控、智能交通、家電等，均得益于圖像采集與處理系統(tǒng)，有效減少了功耗并節(jié)約了占用空間。但在實(shí)際應(yīng)用中，仍存在相應(yīng)缺陷，需要對(duì)嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)一步研究。

1嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

在嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)未被開發(fā)出之前，傳統(tǒng)上圖像采集方式主要是通過CCD相機(jī)進(jìn)行拍攝，拍攝完成后在安裝了視頻采集卡的PC機(jī)上完成數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后的圖片可直接存儲(chǔ)于PC機(jī)硬盤中。圖1為傳統(tǒng)圖像采集與處理流程。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，視覺檢測(cè)技術(shù)逐漸被人們接受并推廣，在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。此背景下，傳統(tǒng)圖像采集與處理系統(tǒng)顯現(xiàn)弊端，難以滿足時(shí)代發(fā)展需求。如，CCD相機(jī)只具備拍攝功能，處理圖片還需借助PC機(jī)完成，不僅處理效率較低，且對(duì)于較小的工業(yè)安裝環(huán)境而言，占據(jù)了較大的空間等[1]。基于此，科研人員致力于保留傳統(tǒng)圖像采集與處理優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，將其進(jìn)行改進(jìn)并推出新型技術(shù)，嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

嵌入式技術(shù)集合了半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體，隨著研究的深入，技術(shù)人員將會(huì)重視研究其功能和體積方面，該系統(tǒng)未來將會(huì)具備更加豐富的功能、更加精小的體積[2]。相較于傳統(tǒng)圖像采集與處理方式，嵌入式系統(tǒng)具備功耗較低、性能優(yōu)越、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求，在條件復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中也能夠勝任[3]。

2嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)的構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)

2.1嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)的構(gòu)成

結(jié)合現(xiàn)階段社會(huì)上對(duì)圖像采集實(shí)際需求分析，嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)主要由五部分構(gòu)成，即光學(xué)鏡頭、傳感器驅(qū)動(dòng)電路、圖像處理電路、通信接口電路、上位機(jī)[4]。

2.1.1光學(xué)鏡頭

目前普遍采用的兩種圖像傳感器分別為CCD與CMOS，此兩者均是利用感光二極管（Photodiode）進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將所采集的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而兩者間的差異則是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送方式不同。根據(jù)各項(xiàng)比對(duì)試驗(yàn)，可知CCD傳感器靈敏度、分辨率、噪聲控制程度等方面具有更大的優(yōu)勢(shì)，而CMOS具有更低成本、更低功耗、高整合度等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段這種傳感器差異有逐漸縮小態(tài)勢(shì)，能夠適應(yīng)更高端的圖像產(chǎn)品，因此在選用時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況決定。

2.1.2傳感器驅(qū)動(dòng)電路

CCD呼出的視頻信號(hào)為視頻模擬信號(hào)，而CMOS呼出的則是數(shù)字信號(hào)，在嵌入式圖像采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可使傳感器驅(qū)動(dòng)電路具備選通功能，即保障同一時(shí)間內(nèi)，只有一種格式的信號(hào)可傳送至圖像處理電路。

2.1.3圖像處理電路

整個(gè)嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)中最為核心的部分就是圖像處理電路，在核心處理器的選擇方面，應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求，并從芯片的信號(hào)處理能力、數(shù)字視頻應(yīng)用等方面進(jìn)行綜合考慮，保證圖像處理電路能夠有效發(fā)揮其對(duì)獲取原始采集圖像、發(fā)送以及編碼等作用。

2.1.4通信接口電路

主要是指中央處理器與標(biāo)準(zhǔn)通信子系統(tǒng)之間的接口。在工業(yè)中工藝選擇的通訊接口種類較多，常見的有標(biāo)準(zhǔn)串口（RS232）、GPIB、以太網(wǎng)、USB、無線、多機(jī)同步接口等。

2.1.5上位機(jī)

是指能夠直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，通常情況下上位機(jī)將命令發(fā)送給下位機(jī)，而下位機(jī)在根據(jù)收到的指令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)并對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行直接控制。同時(shí)，下位機(jī)不定時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后向上位機(jī)反饋，可在界面上直接顯示出視頻圖像信息。

2.2嵌入式圖像采集與處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.2.1讀入文件