基于DSP的瓷器纹理识别.pdf

科技信息 基于D S P 的瓷器纹理识别 景德镇陶瓷学院机电系张儒李晓高陈昌虎 摘要 根据瓷器纹理识别系统的实际要求 提出了一种基于D S P进行瓷器纹理识别的理论和方法 在利用 T MS 3 2 0 V C 5 4 0 2对图像素材的导入分析的基础上 建立物体识别的基本算法 利用对物体的矩的不变性来构造代表物 体的特征矢量 把物体的特征矢量作为分类器的输入 从而对物体进行识别或分类 用户采用这种识别的信息通过直 序扩频调制解调系统进行交互 可以在线学习 并满足各种分布智能环境下连续作业的要求 关键词 瓷器纹理识别D S P 纹理识别作为瓷器特征识别的一种 有其不可比拟的优点 现代建筑中具有各种纹理的瓷砖 在装饰中受到越来越多人的 采用 因此以纹理的唯一性为判断依据可以得到很好的实现 本 系统使用T I的T M S 3 2 0 V C 5 4 0 2 以下简称5 4 0 2 作为核心 D S P与 单片机相比 多用于算法比较复杂 乘加运算量比较大的场合 该芯片为一款定点的D S P 它具有高达1 0 0 M I P S的运算能力 同 时具有优化的C P U结构和一系列的智能外设 下面着重讨论基 于该芯片的系统设计 1总体方案 1 1 D S P T M S 3 2 0 V C 5 4 0 2 以下简称C 5 4 0 2 是德州仪器公司1 9 9 9年 1 0月推出的性价比极高的定点数字信号处理器 D S P 如图一 与T M S 3 2 0 5 4 X系列的其它芯片相比 C 5 4 0 2以其独有的高性能 低功耗和低价格特性 使得一推出就受到业内用户的欢迎 图一 它大多应用在如机顶盒 S T B 数字无线通信等要求能脱 机运行的内嵌式系统中 但它的内部结构和片内掩模的引导装 载 B o o t l o a d e r 程序与C 5 4 X系列的其它D S P处理器有较大差异 C 5 4 0 2为脱机运行提供了五种启动装载模式 H P I端口启动模 式 标准串口启动模式 I O口启动模式 串口E E P R O M启动模式 和并行启动方式 对于以C 5 4 0 2为核心的独立系统中 并口加载 方案被认为是最佳的 因为前三种方案只适用于由其它处理器 为C 5 4 0 2提供运行代码的多处理器系统中 后两种方案虽然都可 以适应以C 5 4 0 2为核心的独立系统 但是串口E E P R O M启动模式 中只支持价格偏高的S P I端口E E P R O M 而并口启动模式却可以 采用E P R O M 而且并行E P R O M和F L A S H种类很多 有的价格较 低 因而可以充分体现系统的性价比优势 1 2方案设计中需要考虑的重点问题 C 5 4 0 2并口B o o t l a d e r需要将映射在数据区的程序由慢速的 E P R O M搬到快速的R A M中运行 其设计主要需要考虑三个方面 的问题 1 速度匹配问题 C 5 4 0 2的工作频率可以达到1 0 0 M H z 一般的并口E P R O M是 无法可靠工作的 如何使C 5 4 0 2顺利装载而又能使其达到最高的 工作效率是要考虑的一个重点 2 3 3 V和5 V混合逻辑设计 C 5 4 0 2的 外 围 工 作 电 压 为3 3 V 而 它 的 外 围 器 件 包 括 E P R O M一般工作在5 V 必须为D S P和外围芯片设计一个安全可 靠的接口 图二纹理系统总体设计方案 3 高效协调地利用空间 如何高效方便地利用存储空间和I O端口 例如重新利用并 口E P R O M在b o o t l o a d e r时占用的数据空间 如何协调外设和地址 分配等都是需要考虑的问题 1 3 D S P所采用的系统框架 上 述 如 图 二 中 该 系 统 是 由 纹 理 采 集 仪 F P G A S R A M和 F l a s h等硬件组成 R S 2 3 2用于数据传输 P C机可以通过该接口得 到指纹特征数据 F l a s h存储纹理信息库 L C D用的字符和D S P程 序 F P G A在D S P的控制下从取纹器中取出图放入S R A M中 小键 盘用于用户输入I D号码 增强该系统的安全等级 2直序扩频调制解调系统 2 1扩频技术理论 在S h a n n o n和H a r t l e y信道容量定理中可以明显看出频谱扩 展的作用 C B L o g 2 1 S N 1 1 式中 C是信道容量 单位为比特每秒 b p s 它是在理论上 可接受的误码率 B E R 下所允许的最大数据速率 B是要求的信 道带宽 单位是H z S N是信噪比 C表示通信信道所允许的信息 高校理科研究 7 0 科技信息 量 也表示了所希望得到的性能 带宽 B 则是付出的代价 因为 频率是一种有限的资源 S N表示周围的环境或者物理特性 障 碍物 干扰发射台 冲突等 用于恶劣环境 噪声和干扰导致极低 的信噪比 时 从上式可以看出 需要提高信号带宽 B 来维持或 提高通信的性能 甚至于信号的功率可以低于噪声基底 公式中 并没有禁止这种条件 修改上述公式的对数基底可得 C B 1 L n 2 L n 1 S N 1 4 4 3 L n 1 S N 应用M a c L a u r i n级数 L n 1 x x x 2 2 x3 3 x4 4 1 k 1 x k k C B 1 4 4 3 S N 1 2 S N 2 1 3 S N 3 在扩频技术应用中 信噪比较低 正如以上所提到的 信号 功率甚至可以低于噪声基底 假定较大的噪声使信噪比远远小 于1 S N 1 则S h a n n o n表示式近似为 C B 1 4 3 3 S N 可进一步简化为 C B S N或 N S B C 在信道中对于给定的信噪比要无差错发射信息 我们仅仅 需要提高发射的带宽 这个原理似乎简单 明了 但是由于对基 带扩频 扩展到一个非常大的量级 的同时还需要相应的解扩处 理 具体实现起来将非常复杂 2 2扩频技术定义 扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一 个更宽的频带内的射频通信系统 即发射信号的能量被扩展到 一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样 扩展带宽与初始 信号之比称为处理增益 d B 典型的扩频处理增益可以从1 0 d B 到6 0 d B采用扩频技术 在天线之前发射链路的某处简单的引入 相应的扩频码 这个过程称为扩频处理 结果将信息扩散到一个 更宽的频带内 在接收链路中数据恢复之前移去扩频码 称为解 扩 解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息 显然 在信息传 输通路的两端需要预先知道扩频码 2 3直序扩频 D S S S 在这种技术中 伪随机码直接加入载波调制器的数据上 调 制器似乎具有更大的比特率 由伪随机序列的码片速率决定 用 这样一个码序列调制射频载波的结果是产生一个中心在载波频 率 频谱为 s i nx x 2 的直序调制扩展频谱 2 4 P L 2 1 0 1 D S S S 下列给出本系统采用的直序扩频 半双工异步调制解调器 P L 2 1 0 1 如图三 该芯片的给出为复杂分布系统的信息传递提 供了快速可靠的方式 图三 3系统设计 3 1纹理图像的获取 采用A l t e r a公司的M a x p l u sI I软件进行V H D L语言编程 按照 一定的时序 把纹理图像放大S R A M的固定地址中 这一部分调 试有些麻烦 可以放在最后做 而图像的获取可使用C C S 2 0下的 f i l e d a t a l o a d把图像文件放入指定的内存区域 此图像文件为 C C S数据文件 可以编写一段C程序把B M P文件转换成C C S文件 另一种比较方便的方法是用D S P编写一个小程序 使用f o p e n f r e a d 等函数把图像读入内存 然后使用f i l e d a t a s a v e保存成 C C S文件 3 2纹理识别核心算法程序 本系统使用的纹理算法主要分为五部分 1 背景分离 采用标准差阈值跟踪法 图像的指纹部分是 由黑白相同的纹理组成的 灰度变化很大 具有较大的标准差 而背景部分灰度分布比较平坦 标准差小 因此计算以各点为中 心的一组像素的标准差 当标准差大于某一门限时 就可以确定 该点为前景 否则为背景 2 计算方向图 采用基于法线向量的方法 其中还涉及到 方向场的平滑 3 方向滤波 设计一个水平模板 然后将水平模板旋转到 需增强的方向进行滤波 4 奇异点检测 区分出奇异点 如核形 c o r e 三角形 d e l t a 涡轮形 w h o r l 5 特征点提取 采用脊跟踪法 其基本思想是直接对图像 进行脊线跟踪 在跟踪过程中检测特征点 以上便是所采用纹理 算法的核心思想 3 3主程序流程 主流程就是要实现把各部分的程序连接成一个有机的整 体 并能够通过液晶显示和小键盘响应实现和用户的交互 所 以 它的任务就是能够响应小键盘 根据不同的键值执行不同的 操作 同时显示不同的页面 系统主流程如图四所示 图4主流程图 4结论 本文研究的瓷器纹理系统主要是将D S P快速处理纹理识别 判断所产生的大量数据 并结合电力分布传输芯片 形成D S P系 统 并完成基本硬件电路的设计 以及给出快速识别的算法和开 发D S P控制程序 该系统已通过多个实验图像数据的测试 通 过实验发现能够很好的完成判断具有基本纹理的瓷器 并将为 实现在线采集图像 在线快速处理和驱动瓷器生产机构进行返 加工复杂纹理瓷器提供了很好的基本框架 下转7 2页 高校理科研究 7 1 科技信息 上接7 1页 参考文献 1 戴明桢 周建江 T M S 3 2 0 C 5 4 xD S P结构 原理及应用 北 京航空航天大学出版社 2 0 0 2 2 常东来 电力线上的家庭网络技术 北京工业大学出版社 2 0 0 2 3 王兆安 黄俊 电力电子技术 机械工业出版社 2 0 0 2 4 T M S 3 2 0 5 4 xD S PR e f e r e n c eS e t V o l u m e5 E n h a n c e d P e r i p h e r a l sT e x a sI n s t r u m e n t sI n c 1 9 9 9 5 张坤 D M A结合M c B S P在数据采集系统中的应用设计 w w w 2 1 i c c o m 2 0 0 1 2 0 世纪神经生理科学最有影响的研究成果 四川职业技术学院陈吉森 摘要 笔者就2 0世纪最有影响的神经生理科学研究成果进行了概括性的介绍 这些研究成果是2 0世纪神经生理科学 或生理学中最耀眼的明珠 对现代生理学和医学的奠基 发展影响至深 关键词 生理学研究成果2 1世纪 在2 0世纪中 神经生理学得到了长足的发展 科学研究取得 了不少喜人的成绩 作者就其中最有影响的成就进行选录 供人 们参考 1 9 0 6年 英国利物浦大学教授谢灵顿 S i rC h a r l e sS c o t t S h e r r i n g t o n 出版了神经生理学的经典巨著 神经系统的整合作 用 强调生物体的完整及其反应的统一性 认为应该把神经系 统作为一个完整的功能单位来研究 他指出 交互神经支配是一 种协作形式 兴奋与抑制的因素同时存在 他还首先提出突触的 概念 2 0世纪2 0年代末 英国剑桥大学教授艾德里安 B a r o n E d g a rD o u g l a sA d r i a n 发现外界刺激引起神经冲动存在着一定 的阈值 并提出了所谓的 全或无 法则 谢灵顿 艾德里安二人 因为发现神经细胞的功能分享了1 9 3 2年度诺贝尔生理学医学 奖 曾经 因为在消化生理方面的研究工作 而获得了1 9 0 4年诺 贝尔生理学医学奖的俄国生理学家巴甫洛夫 I v a nP e t r o v i c h P a v l o v 在神经系统研究方面取得了极其伟大的成就 他于1 9 2 3 年和1 9 2 7年分别出版了 动物高级神经活动 行为 客观研究2 0 年经验 和 条件反射 巨著 建立了条件反射学说 探讨了人类 高级神经活动规律 提出了第一信号系统和第二信号系统的学 说 该学说影响非常广泛和深远 除了影响生理学本身 还为心 理学奠定了生理学基础 此外他还阐明了神经系统在调节整个 消化过程中的主导作用 并且开辟了生理学的一个新分支 神经营养学 2 0世纪3 0年代初 德国生理学家洛韦 O t t oL o e w i 用 青蛙的心脏作实验 证实了迷走神经受到刺激后 它的神经末梢 会释放出一种化学物质 后来英国生理学家戴尔等证明这种迷 走神经物质就是乙酰胆碱 他们二人因为发现神经冲动的化学 传递分享了1 9 3 6年度诺贝尔生理学医学奖 美国生理学家厄兰 格 J o s e p hE r l a n g e r 和他的学生加塞 H e r b e r tS p e n c e rG a s s e r 在1 9 2 4年共同利用示波器首次不失真地记录了神经电脉冲 开 辟了神经电生理学研究的新纪元 他们因为用电子技术研究神 经活动并发现单一神经纤维的高度机能分化而共同分享1 9 4 4年 度诺贝尔生理学医学奖 英国生理学家霍奇金 S i rA l a nL l o y d H o d g k i n 与赫胥黎 S i rA n d r e wF i e l d i n gH u x l e y 于1 9 4 9年合作 研究枪乌贼巨轴突神经细胞的活动规律 他们采用电压钳制技 术分析兴奋过程中的神经膜电流 证明动作电位是神经细胞膜 表面的跨膜电位变化 是膜对Na K 等离子通透性变化的结果 2 0世纪3 0年代 澳大利亚生理学家埃克尔斯 S i rJ o h nC a r e w E c c l e s 等人在研究猫和蛙神经肌肉信息传递时发现 神经电脉 冲通过由神经末梢释放乙酰胆碱引起的终板电位传向肌肉 他 们还证明脊髓运动神经元的所有轴突分枝都以乙酰胆碱为传递 物质 提出了闰绍细胞抑制性突触作用的离子筛假说 后来还证 实了抑制性神经递质开放突触后膜的阴离子通道假说 霍奇金 赫胥黎和埃克尔斯等人因为研究神经细胞之间的信息传递机制 共同分享1 9 6 3年度诺贝尔生理学医学奖 2 0世纪5 0年代末 美国 生理学家阿克塞尔罗德 J u l i u sA x e l r o d 利用氚化肾上腺素和去 甲肾上腺素测定它们在体内的分布 发现许多药物的作用是由 于它们可以改变交感神经末梢的去甲肾上腺素递质的贮量 这 反映去甲肾上腺素在神经末梢的回收作用 他因为发现儿茶酚 胺类神经递质的代谢过程及参与代谢的酶 与冯 奥伊勒 卡茨 分享1 9 7 0年度诺贝尔生理学医学奖 1 9 5 6年 瑞典生理学家冯 奥伊勒 U l f S v a n t eV o nE u l e r 分离出去甲肾上腺素并首先鉴定 出肾上腺素能神经递质是去甲肾上腺素 他因为研究肾上腺素 能神经递质的功能与阿克塞尔罗德 卡茨分享1 9 7 0年度诺贝尔 生理学医学奖 1 9 5 0年 英籍德国裔生理学家卡茨 S i rB e r n a r d K a t s 利用微电极技术和示波器扫描技术作蛙肌终板实验发现 小终板电位 在刺激之后的静息状态下依然出现 且它的变化 是不连续的 他进而提出递质量子释放假说 他因为研究神经末 梢传递物质的释放机制与阿克塞尔罗德 冯 奥伊勒分享1 9 7 0年 度诺贝尔生理学医学奖 美国科学家斯佩里 R o g e rWo l c o t t S p e r r y 在长达4 0多年的研究生涯中 一直努力阐明意识过程 特 别是他通过裂脑术将左右脑半球间的神经联