嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程報告

1、嵌入式圖像處理系統(tǒng)課程報告基于隔離開關(guān)水平、垂直度測試姓 名： 鄭亞茹 班 級： 碩3019 學 號： 3113079008 嵌入式圖像識別、處理一、 研究目的1. 從項目開發(fā)實施隔離開關(guān)水平、垂直度測量控制角度研究嵌入式系統(tǒng)應用技術(shù)的一般流程，嘗試使用軟件工程；2. 圖像處理的研究，開發(fā)專用圖形用戶界面；3. 研究嵌入式實時圖像處理方案。二、 嵌入式操作系統(tǒng)特點及組成嵌入式操作系統(tǒng)的特點1. 專用性強，面向特定應用。這是嵌入式系統(tǒng)與通用型系統(tǒng)的最大區(qū)別。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，軟、硬件結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植。2. 系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)的軟件代碼要求高質(zhì)量，高可靠性，由于嵌

2、入式系統(tǒng)設(shè)備所處的環(huán)境往往是長期無人值守或條件惡劣的情況，因此，其代碼有很高的要求。3. 嵌入式系統(tǒng)大多采用實時操作系統(tǒng)，而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度。4. 嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具和環(huán)境，由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計完成以后，用戶通常也不能對其中的程序功能進行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時有主機和目標機的概念，主機用于程序的開發(fā)，目標機作為最后的執(zhí)行機，采用交叉編譯的方式開發(fā)應用程序。5. 嵌入式系統(tǒng)的硬件驅(qū)動程序必須定制，并且和嵌入式操作系統(tǒng)以及應用程序完全綁定在一起構(gòu)成一個不可分割的整體。因此，不同的嵌入式產(chǎn)品在開發(fā)時必須設(shè)計符合自己系統(tǒng)的

3、設(shè)備驅(qū)動程序。嵌入式操作系統(tǒng)的組成1. 底層驅(qū)動模塊2. 任務管理模塊3. 任務通信模塊4. 內(nèi)存管理模塊5. 時鐘管理6. 文件系統(tǒng)三、 研究內(nèi)容和方案本課題研究目的是為了檢測隔離開關(guān)觸頭接觸是否到位以及裝配位置是否達標。本文主要針對隔離開關(guān)相關(guān)部件瓷瓶制造過程中水平、垂直度的測量，準確判斷瓷瓶中心軸線與鉛垂線之間的夾角，進而指導工作人員進行位置校正控制，最終達到產(chǎn)品的出廠指標。（一） 常見的水平、垂直度測量方法（1）基準點、線、面法機械測試方法（2）常用水平測試方法標尺法液體通管法（3）垂直度測試方法激光鉛直儀法導電線錘法（二） 方案選擇：圖像視頻檢測監(jiān)控，輸出方向控制信息，指導工作人員調(diào)

4、節(jié)控制瓷瓶的四個螺母的相對位置。為了提高產(chǎn)品的效率，在和用戶進行設(shè)計方案交流討論時，根據(jù)用戶提出的具有友好界面、直觀、具有可參觀性的要求。既定方案為：在瓷瓶正上方合適位置配置固定好位置的紅外射線發(fā)射設(shè)備，并校準使得其所發(fā)出的直線與鉛垂線平行；瓷瓶上套有和瓷瓶上界面相匹配的同心圓靶套頭；在紅外線設(shè)備旁邊配置攝像機，拍攝紅外線投影斑點和靶心的相對位置?？紤]到圖像信息傳輸時數(shù)據(jù)的龐大以及圖像識別、分析、處理的實時性，決定采用嵌入式系統(tǒng)完成圖像的處理部分。（三） 嵌入式系統(tǒng)環(huán)境對于圖像處理應用的要求由于嵌入式系統(tǒng)對于功能、成本、速度、處理能力、可靠性、體積、功耗等都有嚴格的要求，因此運行于其上的圖像處

5、理就受到一定的限制。（1） 在功能上，由于嵌入式系統(tǒng)都是針對非常具體的應用而進行設(shè)計開發(fā)的，因此功能上比較具有特殊性，因此根據(jù)多種環(huán)境下的不同需求，針對具體的應用環(huán)境所采用的圖像處理技術(shù)及特點分別涉及相應的嵌入式系統(tǒng)；（2） 由于同一時代嵌入式系統(tǒng)的硬件計算能力和速度相較通用計算機系統(tǒng)要低一些，這就要求在設(shè)計專用圖像處理算法和策略的時候應盡可能的采用產(chǎn)生較少執(zhí)行代碼量以及快速的運算類型的算法；（3） 嵌入式系統(tǒng)具有很高的系統(tǒng)可靠性，因此，選擇圖像處理技術(shù)及算法設(shè)計時應考慮比較成熟可靠的算法和技術(shù)；（4） 在功耗上，由于系統(tǒng)靜態(tài)時和工作時的功耗差別很大，因此，在設(shè)計圖像處理應用時，應盡量減少系統(tǒng)

6、工作的時間，同時降低系統(tǒng)的工作強度。（四） 嵌入式圖像處理系統(tǒng)的特點隨著現(xiàn)代電子計算機技術(shù)的進一步飛速發(fā)展以及圖像處理相關(guān)學科和理論的發(fā)展，圖像處理技術(shù)的應用范圍有了進一步的擴大和延伸，數(shù)字圖像處理系統(tǒng)也發(fā)生著重大的變化。圖像處理的對象從單色黑白圖像到彩色圖像的處理識別：從靜態(tài)的圖片處理發(fā)展到動態(tài)影像處理；從單一的圖像處理發(fā)展成為集圖像采集、加工、處理、識別、匹配一直到?jīng)Q策支持的整合的現(xiàn)代智能系統(tǒng)。因而，對于數(shù)字圖像處理計算機系統(tǒng)也提出了更高的要求。由于處理數(shù)據(jù)信息量出現(xiàn)了幾何級數(shù)的增長，大幅度的提高圖像處理系統(tǒng)的處理速度成為了至關(guān)重要的一個課題，除了運用最先進、快速的處理器和海量的內(nèi)存之外，

7、還必須通過調(diào)整計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，采用并行計算技術(shù)、多處理器技術(shù)等等，提高計算機計算單元同外部圖像輸入輸出設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換速度，高速高效的圖像處理算法，友好智能的人機對話界面的研究等等工作，進行新型專用圖像處理計算機系統(tǒng)的開發(fā)。由于新一代的圖像處理計算機系統(tǒng)要求快速高效，就必須搭建嵌入式的專用平臺，采用適合與圖像處理的高速處理器，全面提高圖像處理的速度及圖像任務處理的實時性能；采用高校的高級語言編寫嵌入式操作系統(tǒng)以及應用程序，并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性：采用專用的外部圖像輸入輸出設(shè)備及總線結(jié)構(gòu)等，不斷提高中央計算單元與外部圖像輸入輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)交換速度；針對具體的待處理圖像的特點提供高效的

8、圖像處理算法；建立圖像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為圖像匹配等智能化模式識別技術(shù)提供支持；積極開發(fā)圖像處理專用的圖形用戶界面，使其具有簡單易用、功能強大、運行高速等特點。（五） 嵌入式圖形用戶界面（1） 用戶界面的發(fā)展趨勢以用戶為中心多通道智能化高帶寬可視化編程（2） 目前實時嵌入式系統(tǒng)GUI的實現(xiàn)方法盡管實時嵌入式系統(tǒng)對GUI的需求越來越明顯，但目前GUI的實現(xiàn)方法各有不同：有的采用比較成熟的GUI系統(tǒng)，比如MinuGUI或者其他GUI系統(tǒng)；有的根據(jù)自己的需求開發(fā)滿足自身需要的GUI系統(tǒng)。我們認為GUI系統(tǒng)是一個類似于操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件，需要遵循一定的標準，并且應該是開發(fā)源碼的自由軟件，從而可以讓我們自己開

9、發(fā)程序。（六） 嵌入式圖像處理系統(tǒng)的實時性現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)對于重要性各不相同的任務進行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證各個人物及時調(diào)度的關(guān)鍵，單純通過提高處理器的速度是無法完成的，這種任務調(diào)度只能由優(yōu)化編程的系統(tǒng)軟件來完成，因此系統(tǒng)軟件的高實時性是基本要求。此次課題中由于一次性要進行大量圖片信息的傳輸、分析識別和處理，包括邊緣識別，圓心定位以及紅外射線斑點提取，最終通過運算輸出相對位置的關(guān)系，除此之外，對于在控制過程中發(fā)生的具體工況的變化仍然能夠?qū)崟r響應、分析、處理，是進行合理任務調(diào)度設(shè)計的關(guān)鍵。因此對圖像處理的實時性要求較高。（七） 本次圖像處理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)本次進行圖像處理需要編寫應用程序應用程序是

10、針對需求編寫的只適用于本操作系統(tǒng)的專用程序，由于有操作系統(tǒng)的支持，在應用程序的開發(fā)過程中開發(fā)者只需要關(guān)注軟件功能的實現(xiàn)，而不用注意具體的硬件細節(jié)。如果操作系統(tǒng)相同，應用程序可以很容易移植到其它硬件環(huán)境。根據(jù)需求，本系統(tǒng)的應用程序開發(fā)主要是對圖像采集任務和圖像處理算法的研究，包括兩部分:首先是利用建立的嵌入式平臺和操作系統(tǒng)實現(xiàn)對圖像信息的采集、顯示、編碼、存儲以生成數(shù)字圖像文件，其次，對生成的數(shù)字圖像文件進行處理，包括灰度化、二值化、邊緣檢測等。具體如下：（1） 圖像數(shù)據(jù)的實時顯示（2） JPEG圖像的編碼格式（3） 圖像信息的存儲過程（4） 數(shù)字圖像處理的算法設(shè)計A. 圖像邊緣檢測B. 根據(jù)識別出的邊緣進行質(zhì)心的確定C. 斑點提取四、 系統(tǒng)展望基于嵌入式技術(shù)的圖像處理系統(tǒng)是嵌入式應用領(lǐng)域發(fā)展非常迅速的一個方向，開源操作系統(tǒng)運行穩(wěn)定，系統(tǒng)整體成本低廉，最終系統(tǒng)可以作為基礎(chǔ)平臺研