基于QT的视频实时显示及图片处理课设报告

嵌入式系统课程设计报告 湖北汽车工业学院 Hubei Automotive Industrise Institute课程设计说明书课程名称 嵌入式系统课程设计 设计题目 于QT的视频实时显示 班号 T1123-1 专业 计科 学号 学生姓名 指导教师（签字） 起至日期 2014 年 9 月 23 日 2014 年 10 月 11 日 目 录一 目的与要求 11.1 课设目的 11.2 任务概要 11.3 基本要求 1二 设计的内容 22.1 系统功能描述 22.2 开发工具 22.3 基本原理 2 2.3.1 摄像头驱动 2 2.3.2 图像处理 3三 各功能实现方案 53.1 摄像功能 53.1.1 类定义 53.1.2 类实现 53.2 图片处理 5四 测试与调试 124.1 整体性能测试 124.2 各功能测试 12总结与体会14参考文献15 - 16 - 嵌入式系统课程设计报告一、 目的与要求1.1课设目的本课程设计的目的是,通过本课程设计，提高学生的分析问题、解决问题的能力，巩固嵌入式系统的基本理论知识，进一步了解和掌握课程中所讲授的概念、方法。同时通过本课程设计，全面综合应用所学过的基础知识，建立一个完整的嵌入式系统的开发过程的概念，并掌握其中的主要原理和方法。本课程设计的目的是通过开发一个摄像头的驱动程序，使学生了解嵌入式产品开发的主要步骤，包括驱动程序的设计，从而培养学生独立完成比较复杂的实际系统设计的能力。1.2任务概要熟悉 V4L2 相关概念及编程方法；熟悉使用 Qt 与 V4L2 结合编程方法。使用QT与V4L2结合编程来开发一个摄像头的驱动实现视频实时显示功能，并实现相应的图形处理功能。1.3基本要求1）、完成摄像头驱动，实现视频的实时显示功能；2）、截取视频中的一帧，并对其进行任意图像变换，可选择拉伸、收缩、扭曲、旋转、灰度化、二值化、均值滤波、中值滤波、频域变换和直方图分析等。二 、总体设计2.1系统功能描述本系统采用QT与V4L2结合编程方法，实现的主要功能有： 1）、用外接的USB摄像设备来采取实时图像，并将其显示在开发板的LED屏幕上； 2）、通过点击LED屏幕来完成拍照（截取一帧图片），并显示图片； 3）、对照片（保存的图片）进行处理（包括放大、缩小、旋转、扭曲、灰度化、直方均衡化等）。2.2开发工具及开发环境 1）、计算机环境：XP系统，VM8.0，Linux系统（虚拟机）。2）、试验箱环境：DYV-1型嵌入式车载多媒体试验箱3）、其他工具： 串口线（连接计算机与试验箱）， 罗技C270摄像头（USB接口）。4）、相关资料： 摄像头驱动程序代码（camera.tar.gz）。2.3基本原理2.3.1 摄像头驱动 1）、video4linux简介： Video4linux（简称 V4L),是 linux 中关于视频设备的内核驱动,现在已有 Video4linux2，还未加入 linux 内核，使用需自己下载补丁。在 Linux 中，视频设备是设备文件，可以像访问普通文件一样对其进行读写，摄像头在/dev/video0 下。2）、Video4linux 下视频编程的流程 打开视频设备：l 读取设备信息l 进行视频采集，两种方法: n 内存映射n 直接从设备读取l 对采集的视频进行处理l 关闭视频设备。3）、摄像功能：帧率：每秒从视频设备中读取的次数，可以自行调整。分辨率：图像像素分布的密集程度，本系统中的分辨率初始值设置为320*240.拍照：从保存视频的缓存区中取出一帧，并将其显示并保存文件格式。本系统中的图片格式为*.JPG。2.3.2 图片处理1）、旋转 将图片往预定的方向旋转任意角度。 图像的旋转涉及到坐标系的变换： X轴Y轴 X轴 Y轴 图像的输出坐标系数学坐标系旋转过程中坐标系的变换：输出坐标系-数学坐标系-旋转-输出坐标系。旋转矩阵的推导：由此可得到旋转公式：其中num1和num2是与X和Y无关的变量。2）、放大 将图片的宽和高同比放大任意倍数。放大原理：将像素对应的灰度值放在原坐标系乘以放大系数得到的新坐标系中，从而实现图片的放大。图片的放大系数越大，得到的额放大图像越大，相应的新图像单位面积内的像素点就少，所以图像放大的越大，图像越模糊。3）、缩小将图片的宽和高同比缩小任意倍数。缩小原理：与放大正好相反，略。4）、灰度化 原理：图像上的像素都是有RGB 3位整形数据组成的灰度值。RGB分别对应色光三原色中的红绿蓝，每种颜色的范围都是0255。如果图像的R、G、B都为0，则图像只有单一的黑色，如果图像的R、G、B都是255，则图像只有单一的白色，如果图像中的每一个像素都有R=G=B，则图像就是灰色的，也就是我们要得到的灰度化图像。因此，图像的灰度化只要处理图像使其R=G=B即可。5）、扭曲 原理：原理与旋转类似，都是对像素的坐标进行变换，得到一个扭曲的坐标，从而实现图片的扭曲。三、各功能的实现方案3.1摄像功能3.1.1类定义 class VideoDevice : public QObject Q_OBJECTpublic: VideoDevice(QString dev_name);/初始化视频设备 int open_device();/打开设备 int close_device();/关闭设备 int init_device();/载入设备的参数信息 int start_capturing();/开始捕获图像 int stop_capturing();/停止捕获 int uninit_device();/卸载设备 int get_frame(void *, size_t*);/获取帧 int unget_frame();/停止获取private: int init_mmap();/将信息写入内存空间 struct buffer /定义缓存空间 void * start; size_t length; ; QString dev_name; int fd; buffer* buffers; unsigned int n_buffers; int index;signals: void display_error(QString);3.1.2类实现 祥见附件源代码。3.2图片处理 1）、拍照： if(i=0) label-close(); memcpy(qq, pp, 320 * 240/*QWidget:width()*QWidget:height()*/* 3 * sizeof(char);/从视频的缓存区中提取一帧 photo-loadFromData(uchar *)qq,/*len*/320 * 240 * 3 * sizeof(char);/将提取的帧提取为Qimage形式并放在指定的空间中 photo-save(123.jpg); /将图片保存为*.jpg格式 label1-setPixmap(QPixmap:fromImage(*photo,Qt:AutoColor);/用label控件显示图片 i=1; 2）、旋转：void ProcessImage:xuanzhuan() QImage image2;定义原始图片名 image2=QImage(123.jpg).scaled(320,240);/读取图片文件 int i,j; double seita,senta;/定义角度，弧度变量 int w=320,h=240,wnew=640,hnew=480;/设置原始图片的尺寸和新图片的尺寸 double x,y,x1,y1;定义坐标变量，x,y为原坐标，x1,y1为新坐标 seita=60;/定义旋转角度 senta=3.14159/180*seita;/度数转化为弧度数 QRgb rgb00;/返回值为整形的灰度值 int r1=0,g1=0,b1=0;/灰度值 QImage SouImage;/定义新图片 SouImage=QImage(640,480,QImage:Format_RGB888);初始化新图片 for(i=0;iwnew;i+)/遍历图片像素 for(j=0;j=0&ceil(x1)=0&ceil(y1)resize(SouImage.width(),SouImage.height(); label2-setPixmap(QPixmap:fromImage(SouImage);/显示图片3）、放大oid ProcessImage:ShowSouPic() QImage image2; image2=QImage(123.jpg); double x,y,r1,r2,g1,g2,b1,b2; int i,j; QRgb rgb00,rgb01,rgb10,rgb11; int r,g,b; QImage SouImage; SouImage=QImage(320/*width*/*1.2/*width_bi*/,240/*height*/*1.2/*height_bi*/,QImage:Format_ARGB32); for(i=0;i320*1.2;i+) for(j=0;jresize(SouImage.width(),SouImage.height(); label1-setPixmap(QPixmap:fromImage(SouImage);4）、缩小 方法同放大，祥见源代码。5）、灰度化 QImage image; image =QImage(123.jpg).scaled(320,240);/读取原图像文件 int w,h; w = image.width();/获取图片尺寸 h = image.height(); QImage iGray(w,h,QImage:Format_RGB32); for(int i=0; iw; i+)/遍历图像 for(int j=0;jsetPixmap(QPixmap:fromImage(iGray);/显示6）、直方均衡化QImage image1; image1=QImage(123.jpg); QImage ImageAverage; ImageAverage=QImage(320,240,QImage:Format_RGB888); int w,h; QRgb rgb; int r255,g255,b255;/原图各个灰度数量的统计 int rtmp,gtmp,btmp,rj,gj,bj; float rPro255,gPro255,bPro255;/原图各个灰度级的概率 float rTemp255,gTemp255,bTemp255;/均衡化后各个灰度级的概率 int rJun255,gJun255,bJun255;/均衡化后对应像素的值 memset(r,0,sizeof(r); memset(g,0,sizeof(g); memset(b,0,sizeof(b); /获取原图各个灰度的数量 for(w=0;w320;w+) for(h=0;h240;h+) rgb=image1.pixel(w,h); rqRed(rgb)+; gqGreen(rgb)+; bqBlue(rgb)+; /获取原图各个灰度级的概率 for(w=0;w=255;w+) rProw=(rw*1.0)/(320*240); gProw=(gw*1.0)/(320*240); bProw=(bw*1.0)/(320*240); /均衡化后各个灰度级的概率，同时获取均衡化后对应像素的值 for(w=0;w=255;w+) if(w=0) rTemp0=rPro0; gTemp0=gPro0; bTemp0=bPro0; else rTempw=rTempw-1+rProw; gTempw=gTempw-1+gProw; bTempw=bTempw-1+bProw; rJunw=(int)(255*rTempw+0.5); gJunw=(int)(255*gTempw+0.5); bJunw=(int)(255*bTempw+0.5); for(w=0;w320;w+) for(h=0;hresize(320,240); label1-setPixmap(QPixmap:fromImage(ImageAverage); 四、测试与调试4.1 整体性能测试系统运行良好，运行过程中没有出现意外退出和程序中断等其他BUG。内存占用方面，因为没有专业的测试手段，所以无法有效评价，但是没有出现内存溢出等状况。4.2各功能测试4.2.1拍照拍照功能正常实现，能正常完成拍照与保存图片的功能。图为保存的图片： 图2.1-14.2.2灰度 能正常实现图片的灰度化处理。图为对比图，左边的为原图： 图2.2-1 图2.2-24.2.3旋转 旋转功能正常实现，并且能完成任意角度的旋转功能。图为对比图，左边的为原图： 图3.1-1 图3.1-24.2.4放大缩小 放大缩小功能实现，图片从左到右依次为原图，放大，缩小。 图4.1-3图4.1-1 图4.1-24.2.5直方均衡化 直方均衡化实现，图为效果图： 图5.1-1五、总结与体会截止今日，本次的课程设计已经结束。在这次课程设计中我学到了很多，从对V4L2的一无所知，到能够熟练的使用V4L2对摄像头进行操作；从对图像构成的一无所知，到能够熟练的用自己所学的知识对图像进行非常有意思的处理。