基于嵌入式系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

1.引言

隨著后PC時代的到來和嵌入式的蓬勃發(fā)展，運用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集已成為社會需求的趨勢。本文采用嵌入式系統(tǒng)采集圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)加工零件的遠(yuǎn)程測量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢測。其特點有：網(wǎng)絡(luò)化，準(zhǔn)確性高，節(jié)約人力和物力。

2.系統(tǒng)軟硬件平臺

由于嵌入式設(shè)備資源有限，所以在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的軟件部分需要在宿主機(jī)平臺上實現(xiàn)，運用宿主機(jī)的資源編譯目標(biāo)機(jī)平臺上可運行的軟件。本文系統(tǒng)的宿主機(jī)平臺：Redhat 9.0，交叉編譯環(huán)境：ARM-Linux-Gcc；目標(biāo)機(jī)平臺：UBOOT 1.1，Linux 2.4.18 和YAFFS 根文件系統(tǒng)。

系統(tǒng)硬件平臺的處理器采用 Samsung 公司的集成有ARM920T 內(nèi)核的處理器S3C2410，該處理器資源豐富，具有16KB 的指令Cache 和16KB 數(shù)據(jù)Cache、MMU 虛擬存儲器管理器、LCD 控制器、支持NAND Flash 系統(tǒng)引導(dǎo)，RAM 控制器、3 通道UART、4 通道DMA、4通道帶PWM 定時器、RTC、并行I/O 口、8 通道10 位ADC、觸摸屏接口、IIC 接口、IIS接口、2 個USB 接口控制器、2 通道SPI 及內(nèi)部PLL 時鐘倍頻器，主頻最高可達(dá)203MHz。此外，在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上還進(jìn)行了相關(guān)的配置和擴(kuò)展，配置了64MB 的Flash 和64MB 的SDRAM，并引出了兩個HOST USB 接口。在USB 接口上外接帶USB 口的攝像頭Webeye V 2000。嵌入式Linux 操作系統(tǒng)上建立圖像采集和圖像恢復(fù)兩個軟件模塊。開發(fā)板擁有CS8900A-CQ3 芯片，具有10“100M 自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力。通過它實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。整個系統(tǒng)的硬件概圖如圖1 所示：

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

3.RGB數(shù)據(jù)流的采集

Webeye V 2000攝像頭內(nèi)部擁有ov7620、ov511和一個存儲芯片。由于Linux操作系統(tǒng)中嵌有ov511芯片的驅(qū)動，故在編譯Linux操作系統(tǒng)時需要加載ov511驅(qū)動，主要步驟：

①（*）選擇Multimedia device-》下的Video for linux。加載video4linux模塊，提供了編程接口；

②在usb support-》目錄下（*）選擇support for usb和usb camera ov511 support。加入了對采用ov511接口芯片的USB數(shù)字?jǐn)z像頭的驅(qū)動支持。

在嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺上驅(qū)動攝像頭，通過Video4Linux接口控制攝像頭參數(shù)、圖片的格式和窗口大小等等。Video4Linux是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動，它為針對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)。USB口攝像頭驅(qū)動程序中需要提供基本的I/O操作接口函數(shù)open、read、write、close的實現(xiàn)。對中斷的處理實現(xiàn)，內(nèi)存映射功能以及對I/O通道的控制接口函數(shù)ioctl的實現(xiàn)等，并把它們定義在struct file_operations中。本系統(tǒng)采用內(nèi)存映射法，即mmap（）方式截取圖像或視頻數(shù)據(jù)。mmap（）函數(shù)調(diào)用使得進(jìn)程之間通過映射同一個普通文件實現(xiàn)共享內(nèi)存。該映射內(nèi)容區(qū)可讀可寫并且不同進(jìn)程間可共享，不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。

函數(shù)，它在用戶程序中用來控制I/O通道，其中，fd代表設(shè)備文件描述符，cmd代表用戶程序?qū)υO(shè)備的控制命令，省略號一般表示類型長度的參數(shù)， 也可沒有。

4. 圖像的恢復(fù)

上一節(jié)已經(jīng)介紹了系統(tǒng)采集RGB圖像數(shù)據(jù)流。為了滿足用戶觀看采集的圖像數(shù)據(jù)和相應(yīng)測試，故需要將RGB流轉(zhuǎn)換成在Linux系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)下都可以瀏覽的BMP格式的圖片。BMP格式的圖片分為文件描述區(qū)和圖像存儲區(qū)兩部分。頭文件信息中又包含了信息區(qū)和調(diào)色板區(qū)兩部分，信息區(qū)又可以細(xì)分為文件信息區(qū)和圖像信息區(qū)兩部分?；謴?fù)BMP圖片的關(guān)鍵是首先手動生成BMP文件的頭文件，然后將采集到的RGB數(shù)據(jù)流填充到BMP文件的數(shù)據(jù)區(qū)。拍攝的物體為加工好的環(huán)行零件，檢驗其加工是否合格，中心點位置等等。以下將介紹BMP文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和頭文件，圖片恢復(fù)如圖2所示：

5. 圖像的傳輸和處理

系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)（FTP）方式讀取BMP 文件。遠(yuǎn)程終端建立FTP 服務(wù)器，實現(xiàn)系統(tǒng)和FTP 服務(wù)器的連接建立，將BMP 文件放置到服務(wù)器上，具體命令：FTP open 服務(wù)器的IP 地址Put 命令將bmp 文件放到FTP 服務(wù)器上終端可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得FTP 服務(wù)器上的BMP 文件，終端上安裝Matlab7.1 應(yīng)用程序，運用Matlab7.1 做圖像處理，從而得到對加工零件的中值濾波，邊緣檢測，二值化和中心點的坐標(biāo)，查看零件合格。具體命令和結(jié)果如下：

下面是中心點坐標(biāo)的提取命令：

6．結(jié)束語

本文基于嵌入式平臺的實現(xiàn)了圖像采集軟硬件，RGB 圖像數(shù)據(jù)流向BMP 文件的轉(zhuǎn)換和圖像的處理（中值濾波，邊緣檢測，二值化和中心點的坐標(biāo)）。實驗結(jié)果證明：網(wǎng)絡(luò)化檢測加工零件準(zhǔn)確性高，節(jié)約人力和物力。為今后完成機(jī)械手定位打下一定基礎(chǔ)。

本文作者創(chuàng)新點： 嵌入式Linux平臺集成圖像采集軟硬件，RGB流和BMP轉(zhuǎn)換，遠(yuǎn)程終端處理零件圖像，實現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)具有微型化，圖形化，方便和經(jīng)濟(jì)等特點。