（机械电子工程专业论文）嵌入式机器视觉系统研究与设计.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t y o ft e c h n o l o g yf o rd e g r e eo ft h em a s t e r 1 n 一 e n 9 1 n e e r l n gs c l e n c e r e s e a r c hf o rm a c h i n ev i s i o na n de m b e d d e dv i s i o n s y s t e m m a s t e rc a n d i a t e ：j i a n gw u z h i s u p e r v i s o r ：p r o f g a ox i a n g d o n g j u n e2 0 1 0 s c h o o lo fe l e c t r o - m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p r c h i n a ，5 10 0 9 0 脚9燃 摘要 摘要 近年来嵌入式系统技术发展迅速，己在各个领域内得到了广泛的应用，如便携 式手持设备、多媒体通信、在线事务处理、生产过程控制和交通控制等。毫无疑问， 嵌入式系统已成为了一个热门研究话题。在机器视觉系统领域中，大多数视觉处理 系统采用p c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 式视觉系统。随着嵌入式处理器技术的发展，嵌入 式处理的功能和性能大大的增强，基于嵌入式的视觉系统渐渐地形成了一种发展趋 势。而研究嵌入式视觉系统是一个具有理论和现实意义的研究课题。 经过对嵌入式处理器$ 3 c 2 4 4 0 a 、嵌入式l i n u x 操作系统与常用图像处理技术的 研究和在通过大量的基础实验和程序调试的基础上，设计了基于a r m 9 处理器和 l i n u x 操作系统为软硬件平台的视觉处理系统。该系统可以采集清晰度较好的图像， 同时可以在线进行图像处理，并将处理过程显示在t f t 显示屏上。该系统为嵌入式 视觉系统的软硬件设计提供一定的参考价值。 阐述了嵌入式视觉系统设计过程中的系统软硬件平台的选型、系统硬件平台与 接口的设计、嵌入式操作系统软件平台与驱动的设计和以焊缝为实验的测试对象的 图像处理过程。介绍了硬件平台的a r m 9 处理器的特点、存储器空间地址分配、u s b 图像采集电路、t f t 触摸显示屏以及相关调试电路。研究了系统软件开发平台的架 构、b o o t l o a d e r 设计、l i n u x 内核移植的过程与设计、u s b 图像采集驱动的实现、触 摸屏驱动的实现、f r a m e b u f f e r 驱动的设计、j p e g 库的移植、o p e n c v 开源软件的移 植、v 4 l 2 图像采集接口的设计、s o c k e t 网络接口以及基于结构光的焊缝中心提取方 法的图像处理实现过程。 关键词：嵌入式系统；a r m 处理器；l i n u x ；视觉系统；图像处理 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，e m b e d d e ds y s t e mt e c h n o l o g yd e v e l o p sr a p i d l y e m b e d d e ds y s t e mi n a l lf i e l d sh a sb e e nw i d e l ya p p l i e d ，s u c ha sp o r t a b l eh a n d h e l dd e v i c e s ，m u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n ，o n l i n et r a n s a c t i o np r o c e s s i n g ，p r o c e s sc o n t r o l ，t r a f f i cc o n t r o la n ds oo n t h e r ei sn od o u b tt h a te m b e d d e ds y s t e mh a sb e c o m eah o tr e s e a r c ht o p i c i nt h ef i e l do f m a c h i n ev i s i o ns y s t e m ，m o s to ft h ev i s u a lp r o c e s s i n gs y s t e mu s e sp c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) v i s u a ls y s t e m w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe m b e d d e dp r o c e s s o rt e c h n o l o g y , e m b e d d e d p r o c e s s i n gf u n c t i o n a l i t ya n d p e r f o r m a n c e ，m a c h i n e ，v i s i o ns y s t e m t h a tb a s e do n e m b e d d e ds y s t e mb e c o m e sat r e n d t h es t u d yo ne m b e d d e dm a c h i n ev i s i o ns y s t e mi sa t h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c er e s e a r c ht o p i c t h r o u g hr e s e a r c h i n go nt h ee m b e d d e dp r o c e s s o r $ 3 c 2 4 4 0 a ，e m b e d d e do p e r a t i n g s y s t e ma n di m a g ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n dp r a c t i c i n gal a r g en u m b e ro fe x p e r i m e n t s a n dd e b u g g i n g ，t h es y s t e mb a s e do nl i n u xo p e r a t i n gs y s t e ma n de m b e d d e dh a r d w a r e p l a t f o r mf o rt h em a c h i n ev i s i o np r o c e s s i n gw a sd e s i g n e d t h es y s t e mc a nc a p t u r ec l e a r i m a g ea n dp r o c e s si m a g eo n l i n e ，a n dt h er e s u l tc a nb es h o w ni nt f t t o u c hs c r e e n t h e h a r d w a r ea n ds o f t w a r ef o re m b e d d e dv i s i o ns y s t e mp r o v i d e sar e f e r e n c ev a l u ef o r d e s i g n t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ep l a t f o r ms e l e c t i o no fh a r d w a r ea n di n t e r f a c ed e s i g n ， e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ms o f t w a r ed e s i g na n dm a c h i n ev i s i o np r o c e s s i n ge x p e r i m e n t a l i nw e l d d i n g i td e s c r i b e sa r m 9p r o c e s s o rf e a t u r e s ，m e m o r ya d d r e s ss p a c ea l l o c a t i o n ， u s bd i g i t a lc a m e r ac i r c u i t ，t f tt o u c hs c r e e na n dt h ea s s o c i a t e dd e b u gc i r c u i t r e s e a r c h o np l a t f o r ma r c h i t e c t u r e ，b o o t l o a d e r , l i n u xk e r n e lt r a n s p l a n t a t i o n ，u s bd i g i t a lc a m e r a c a p t u r ed r i v e ri m p l e m e n t a t i o n ，t o u c hs c r e e n - d r i v e ri m p l e m e n t a t i o n ，f r a m e b u f f e r - d r i v e r d e s i g n ，j p e gl i b r a r yt r a n s p l a n t a t i o n ，o p e n c vo p e ns o u r c es o f t w a r et r a n s p l a n t a t i o n ，v 4 l 2 i m a g ea c q u i s i t i o ni n t e r f a c ed e s i g n ，s o c k e tn e t w o r ki n t e r f a c e ，a n di m a g ep r o c e s s i n gf o r e x t r a c t i o no fw e l dc e n t e rb a s e do ns t r u c t u r e dl i g h tm e t h o d k e y w o r d s ：e m b e d d e d ；a r mp r o c e s s o r ；l i n u x ；v i s i o ns y s t e m s ；i m a g ep r o c e s s i n g n 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1嵌入式技术1 1 1 1 嵌入式系统。l 1 1 2嵌入式a r m 9 处理器的特点2 1 1 3嵌入式l i n u x 操作系统。3 1 2数字图像处理技术4 1 2 1图像检测技术4 1 2 2高性能嵌入式图像系统4 1 3机器视觉系统5 1 3 1机器视觉系统的介绍5 1 3 2机器视觉系统的发展现状。5 1 3 3 嵌入式机器视觉系统的发展趋势6 1 4论文研究主要内容和意义7 第二章机器视觉系统方案选择8 2 1系统工作原理概述8 2 2 $ 3 c 2 4 4 0 a 为机器视觉系统提供硬件平台9 2 3l i n u x 为机器视觉系统提供软件平台1 0 2 4图像处理算法实验选用考虑1 2 第三章机器视觉系统硬件平台“1 3 3 1机器视觉系统硬件结构1 3 3 2a r m 存储空间分配”1 4 3 2 1a r m 存储空间划分1 4 m 广东工业大学硕士学位论文 3 2 2 s d r a m 存储系统1 6 3 2 3 f l a s h 存储系统1 6 3 3 u s b 数码摄像头17 3 4t f t 液晶触摸显示屏1 9 3 4 1显示器控制接口1 9 3 4 2触摸屏控制接口2 1 3 4 3数字触摸显示屏2 2 3 5j t a g 调试接口2 3 3 6电源与接口设计2 4 3 6 1 u a i 玎串口电路2 4 3 6 2网络接口电路2 5 3 6 3复位电路。2 5 3 6 4电源电路2 5 第四章机器视觉系统软件平台2 7 4 1机器视觉系统软件结构2 7 4 2嵌入式l i n u x 系统开发模式”2 8 4 3 b o o t l o a d e r 介绍”3 0 4 3 1v i 设计与移植3 1 4 4操作系统移植3 4 4 4 1l i n u x 版本和特性3 4 4 4 2l i n u x 源码移植3 5 4 4 3l i n u x 内核配置与裁减3 6 4 5驱动设计3 8 4 5 1l i n u x 下驱动程序结构及主要的数据结构3 8 4 5 2u s b 程序驱动结构3 9 4 5 3z c 3 0 1 驱动程序的实现4 0 4 5 4触摸屏驱动设计4 1 4 5 5f r a m e b u f f e r 驱动4 3 4 6 j p e g l i b 库移植4 4 i v 目录 4 7 在l i n u x 上安装o p e n c v 4 4 4 7 1 o p e n c v 的特征4 4 4 7 2 o p e n c v 安装主要操作4 5 4 8v 4 l 2 图像采集4 6 4 9网络通讯指令4 8 4 9 1s o c k e t 接口4 8 4 9 2通讯模型4 8 4 9 3t c p 连接通讯4 9 第五章图像算法移植与实验5 1 5 1 提取焊缝特征值实验5 1 5 2 获取原始图像5 1 5 3 阈值分割5 2 5 4 干扰处理5 3 5 5 边缘检测5 4 5 5 1 梯度算子- 一5 5 5 5 2 二阶微分算子5 7 5 5 3 s o b e l 算子提取边缘一6 1 5 6 焊缝中心线提取6 3 总结与展望6 5 参考文献6 6 攻读学位期间发表的论文6 6 独创性声明7 1 致谢7 2 v 广东工业大学硕士学位论文 c o n t e n t c h i n e s ea b s t r a c t i a b s t r a c t i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1e m b e d d e dt e c h n o l o g y 1 1 1 1 1 1 2 1 1 3 1 2d i 1 2 1 1 2 2 e m b e d d e ds y s t e m s 1 f e a t u r eo fe m b e d d e da r m 9p r o c e s s o r 2 e m b e d d e dl i n u xo p e r m i n gs y s t e m 3 g i t a li m a g ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y 4 i m a g ed e t e c t i o n 4 h i g h p e r f o r m a n c ee m b e d d e di m a g i n gs y s t e m s 4 1 3m a c h i n ev i s i o ns y s t e m 5 1 3 1 1 3 2 1 3 3 i n t r o d u c t i o no fm a c h i n ev i s i o ns y s t e m s 5 d e v e l o p m e n to fm a c h i n ev i s i o ns y s t e m s 5 e m b e d d e dd e v e l o p m e n tt r e n do fm a c h i n ev i s i o ns y s t e m s 6 1 4m a i nj o ba n ds i g n i f i c a n c e 。7 c h a p t e r2s e l e c t i o no fm a c h i n ev i s i o ns y s t e m s 8 2 1 2 2 2 3 2 4 s y s t e mo v e r v i e w - 8 $ 3 c 2 4 4 0 ac o n d i t i o n sf o rt h eh a r d w a r ep l a t f o r m - 9 l i n u xc o n d i t i o n sf o rt h es o f t w a r ep l a t f o r m 。1 0 i m a g ep r o c e s s i n ga l g o r i t h mu s e dt oc o n s i d e r 1 2 c h a p t e r 3m a c h i n ev i s i o ns y s t e mh a r d w a r e 1 3 3 1 3 2 s t r u c t u r eo fh a r d w a r e 13 a r mm e m o r ys p a c ea l l o c a t i o n 1 4 3 2 1 3 2 2 a r mm e m o r ys p a c ed i v i d e d 1 4 s d r a ms t o r a g es y s t e m s 16 v i c o n t e n t 3 2 3f l a s hs t o r a g es y s t e m s 16 3 3u s b d i g i t a lc a m e r a 17 3 4t f tl c dt o u c hs c r e e n 1 9 3 4 1 d i s p l a yc o n t r o li n t e r f a c e 1 9 3 4 2t o u c hs c r e e nc o n t r o li n t e r f a c e 2 1 3 4 3 d i g i t a lt o u c hs c r e e n 2 2 3 5j t a gd e b u gi n t e r f a c e 2 3 3 6p o w e ra n di n t e r f a c ed e s i g n 2 4 3 6 1u a r ts e r i a lc i r c u i t 2 4 3 6 2n e t w o r ki n t e r f a c ec i r c u i t 2 5 3 6 3r e s e ts y s t e m 2 5 3 6 4p o w e rs y s t e m 2 5 c h a p t e r4m a c h i n ev i s i o ns y s t e ms o f t w a r ep l a t f o r m 2 7 4 1s o f t w a r es t r u c t u r e - 2 7 4 2e m b e d d e dl i n u xs y s t e md e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 2 8 4 3b o o t l o a d e ri n t r o d u c t i o n - 3 0 4 3 1 v i v id e s i g na n d t r a n s p l a n t a t i o n 31 4 4o st r a n s p l a n t a t i o n 3 4 4 4 1l i n u xv e r s i o n sa n df e a t u r e s ：；z i 4 4 2l i n u xs o u r c et r a n s p l a n t a t i o n 3 5 4 4 3l i n u xk e r n e lc o n f i g u r a t i o na n dr e d u c t i o n 3 6 4 5d r i v e rd e s i g n 3 8 4 5 1 l i n u xd r i v e rs t r u c t u r ea n dt h em a j o rd a t as t r u c t u r e s 3 8 4 5 2u s bd r i v e rs t r u c t u r e 3 9 4 5 3z c 3 0 1d r i v e r 4 0 4 5 4t o u c hs c r e e nd r i v e rd e s i g n 41 4 5 5f r a m e b u f f e rd r i v e r 4 3 4 6 j p e g l i bt r a n s p l a n t a t i o n 4 4 4 7 i n s t a l lo p e n c vo nl i n u x 4 4 v i l 广东工业大学硕士学位论文 4 7 1 4 7 2 f e a t u r eo fo p e n c v 4 4 o p e n c vi n s t a l lo p e r a t i o n 4 5 4 8 v 4 1 2i m a g ea c q u i s i t i o n 4 6 4 9 n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ni n s t r u c t i o n 4 8 4 9 1 4 9 2 4 9 3 s o c k e ti n t e r f a c e 4 8 c o m m u n i c a t i o np a t t e r n 4 8 t c pc o m m u n i c a t i o n 4 9 c h a p t e r5i m a g ep r o c e s s i n ga l g o r i t h m sa n de x p e r i m e n t a lt r a n s p l a n t a t i o n 。51 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 w e l de i g e n v a l u ee x t r a c t i o ne x p e r i m e n t s 51 o r i g i n a li m a g e 5 1 t h r e s h o l d - 5 2 i n t e r f e r ew i t ht r e a t m e n t 一5 2 e d g ed e t e c t i o n 。5 4 5 5 1 5 5 2 5 5 3 g r a d i e n to p e r a t o r 5 5 d i f f e r e n t i a lo p e r a t o r 5 7 s o b e le x t r a c t i o no f t h ee d g eo p e r a t o r 6 1 5 6w e l dc e n t e rl i n ee x t r a c t i o n 6 3 c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 6 5 r e f e r e n c e s - 6 6 p u b l i c a t i o n 6 6 d e c l a r a t i o n 7 1 t h a n k s 7 2 第一章绪论 1 1 嵌入式技术 第一章绪论 1 1 1 嵌入式系统 嵌入式系统是当今非常热门的研究领域。在p c ( p e r s o n a lc o m p m e r ) 市场已趋于 稳定的今天，嵌入式系统市场的发展速度却正在加快。由于嵌入式系统所依托的软 硬件技术得到了快速发展，这几年嵌入式系统自身获得了快速发展。有机构估计， 全世界嵌入式系统产品潜在的市场将超过l 万亿美元。随着技术的发展，业内对嵌 入式系统的定义也越来越清晰。它是微处理器、大规模集成电路、软硬件技术和各 种具体的行业应用技术相结合的结果，其中各种软件技术涵盖了嵌入式系统8 0 的 工作量n 。可以说，嵌入式系统是不可垄断、需要不断创新的技术。 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应 用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它是先 进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物， 这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集 成系统心。3 1 。其主要特点为： ( 1 ) 嵌入式系统面向用户、面向产品、面向应用，其处理器各方面均受到应用 要求的制约，系统内核小、功耗低、实时性好； ( 2 ) 系统软硬件度结合度高，具有多种通讯接口； ( 3 ) 嵌入式系统的软件一般具有较长生命周期、稳定性好。 嵌入式系统最初的应用主要以单片机系统为核心，其应用领域非常广泛。但单 片机系统功能简单，速度较慢，难以适应现代技术的快速发展。特别是随着工业、 医疗卫生和国防等部门对智能控制需求的增长，对嵌入式微处理器的运算速度、扩 充能力、系统可靠性、功耗和集成度方面提出了更高的要求。为适应各方面的需求， 嵌入式微处理器体系结构经历了一个从c i s c ( c o m p l e xi n s t r u c t i o n s e tc o m p u t e r ) 至0 r i s c ( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p m e r ) ，从4 位、8 位、1 6 位、3 2 位到6 4 位，寻址 空间从6 4 k b 到2 g b 甚至更大位数，处理速度从o 1 m i p s 到2 0 0 0 m i p s ，常用封装 广东工业大学硕士学位论文 从8 引脚到1 4 4 引脚的过程。微处理器的功耗也有了明显降低。其集成度进一步提 高，涌现了大量的s o c ( s y s t e mo nc h i p ) 系统。在嵌入式系统中，嵌入式处理器是 核心，嵌入式处理器有硬核和软核之分。常用的嵌入式处理器硬核有a r m 、m i p s 、 p o w e r p c 、i n t e lx 8 6 和m o t o r o l a6 8 0 0 0 等；软核有a l t e r a 公司开发的1 6 3 2 位嵌入式 处理器软核n i o s 以及n i o s i i ，x i l i n x 公司推出的3 2 位哈佛结构的r i s c 处理器软 核m i c r ob l a z e 等。5 1 。 嵌入式技术的快速发展不仅使之成为当前微电子技术与计算机技术中的一个重 要分支，同时也使计算机的分类从以前的巨型机、大型机、小型机、微机之分变为 通用计算机与嵌入式计算机系统之分。嵌入式计算机系统，或简称嵌入式系统，是 作为其它系统的组成部分而使用的。广义地说，一个嵌入式系统是一个具有特定功 能或用途的计算机软、硬件的集合体。因此嵌入式系统可分为硬件部分与软件部分， 而相应的嵌入式技术也可分为嵌入式硬件技术与嵌入式软件技术两部分。嵌入式系 统的最高形式是片上系统( s o c ) 。而狭义的嵌入式系统则仅指装入另一设备并控制 该设备的专用计算机系统，包括目标机与宿主机两部分7 1 。 1 1 2 嵌入式a r m 9 处理器的特点 a r m 即a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s 的缩写，既可以认为是一个公司的名字，也 可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的称谓。a r m 微处理 器是嵌入式系统领域的杰出代表。1 9 9 1 年a r m 公司成立于英国剑桥，主要出售芯 片设计技术的授权。目前，采用a r m 技术知识产权( i p ) 核的微处理器，即我们 通常所说的a r m 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络 系统、无线系统等各类产品市场，基于a r m 技术的微处理器应用占据了3 2 位r i s c 微处理器约7 5 以上的市场份额，a r m 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 a r m 公司是专门从事基于r i s c 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商， 本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界 各大半导体生产商从a r m 公司购买其设计的a r m 微处理器核，根据各自不同的 应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的a r m 微处理器芯片进入市场。 目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用a r m 公司的授权，因此既使得a r m 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品 更容易进入市场被消费者所接受，具有更强的竞争力。a r m 处理器的三大特点是： 2 第一章绪论 耗电少、功能强，拥有1 6 位3 2 位双指令集和众多合作伙伴哺1 “。 a r m 商品模式的强大之处在于它在世界范围有超过1 0 0 个合作伙伴。当前a r m 体系结构的扩充包括：t h u m b 、d s p 和j a z e l l e r 。 1 1 3 嵌入式lin u x 操作系统 主流的嵌入式操作系统有w i n d o w sc e 、s y m b i a n 、嵌入式l i n u x 、v x w o r k s 和 u c o s 等。目前各种嵌入式l i n u x 操作系统正迅速发展，已经形成了能与w i n d o w sc e 等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。嵌入式l i n u x 操作系统的迅速崛起，主要 由于人们对自由软件的渴望与嵌入式系统应用的特制性，要求提供系统源码层次上 的支持，而嵌入式l i n u x 正适应了这一需求，它不仅具有开放源代码、系统内核小、 效率高、内核网络结构完整的优点，且裁减后的系统适于如信息家电、工业控制、 消费类电子等嵌入式系统的开发。嵌入式l i n u x 操作系统的产品化及可靠性是不断 地在发展中，是未来发展最具有潜力的嵌入式操作系统1 。 l i n u x 是一个类u n i x 系统，遵守p o s i x ( p o r t a b l eo p e r a t i n gs y s t e mi n t e r f a c eo f u n i x ) 标准，继承了u n i x 优秀的设计思想，具有简练、容错强、高效且稳定的内核 和一切u n i x 的成熟特点。l i n u x 是免费的操作系统，只要遵守自由软件基金会( f s f ) 的通用公共许可证( g p l ) ，就可以自由下载、复制、使用修改、传播l i n u x 内核和所 有的源程序。由于系统可免费获取、所需硬件配置低等特点，依靠全球众多l i n u x 爱好者的努力，使其发展速度及其迅速，短短1 0 几年的时间里已经成为w i n d o w s 、 u n i x 等系统强有力的竞争对手“。l i n u x 系统支持广泛的硬件平台，能真正实现多 任务、多用户环境，支持高达2 g 以上的虚拟存储，使用动态链接库节约物理内存， 共享内存页面及进程间内存互不读取，保证执行速度和安全，优异的磁盘缓冲调度 功能和网络功能等，这些特点都是d o s ( d i s ko p e r a t i n gs y s t e m ) 系统无法比拟的，在 执行效率和稳定性上也不弱于w i n d o w s 操作系统“”。l i n u x 从诞生之日起就备受企 业和科研院所的青睐，获得了飞速的发展。l i n u x 操作系统在短短的几年之内得到 了非常迅猛的发展，、这与l i n u x 具有的良好特性是分不开的。l i n u x 包含了u n i x 的 全部功能和特性。 3 广东工业大学硕士学位论文 1 2 数字图像处理技术 1 2 1 图像检测技术 图像传感器是利用光电器件的光一电转换功能，将其感光面上的光像转换为与 光像成相应比例关系的电信号“图像的一种功能器件。图像传感器是指在同一 半导体衬底上布设的若干光敏单元与移位寄存器构成的集成化、功能化的光电器件。 光敏单元简称为“像素 或“像点 ，它们本身在空间上、电气上是彼此独立的。图 像传感器利用光敏单元的光电转换功能将投射到光敏单元上的光学图像转换成电信 号“图像”，即将光强的空间分布转换为与光强成比例的、大小不等的电荷包空间分 布。然后利用移位寄存器的功能将这些电荷包在时钟脉冲控制下实现读取与输出， 形成一系列幅值不等的时序脉冲序列。图像传感器具有体积小、失真小、灵敏度高、 抗振动、耐潮湿、成本低的特点。这些特色决定了它可以广泛用于自动控制和自动 测量，尤其是适用于图像识别技术中i t 4 o 1 2 2 高性能嵌入式图像系统 在当今这个信息化时代，图像信息及其处理技术已经逐步成为各个学科的融合 点，应用于生产实际，为人类带来了巨大的经济和社会效益“1 。随着计算机应用科 学技术的快速发展，基于单片机、a r m 、d s p 等的嵌入式技术已日臻成熟。将图像 信息及其处理技术与嵌入式技术相结合而产生的新技术，已经成为了可能。 机器视觉系统的任务可分成低、中、高三个层次。低层视觉任务包含对图像的 每个像素及其相邻像素进行的计算。中层视觉的任务由像素分组、区域分开、特征 提取、区域标记、分割等组成。高层视觉任务包括图像理解、特征分析、推理、符 号处理等。根据图像处理的上述特点，目前存在有两种体系结构可供选择。一种是 选择一种体系结构以支持所有三个层次的图像处理任务；另一种是不同层次用不同 的体系结构来支持，低层用s i m d ( s i n g l ei n s t r u c t i o nm u l t i p l ed a t a ) 体系结构，中高层 用m i m d ( m u l t i p l ei n s t r u c t i