一种基于ARM的图像处理系统的设计.

1、第 31 卷第 4 期 2009 年 8 月电气电子教学学报J OU RNAL OF EEEVol. 31 No. 4Aug. 2009一种基于 ARM 的图像处理系统的设计马俊青 1,宋爱国 1,甘英俊 2(1.东南大学仪器科学与工程学院江苏省远程测控技术重点实验室，江苏南京210096;2.南京林业大学机械电子工程学院，江苏南京 210037收稿日期:2009203229;修回日期:2009204228作者简介：马俊青(19872 ,女，硕士研究生，主要研究方向为康复机器人及系统,E2mail :mjq8708126. com宋爱国(19682 ,男,博士后,教授,主要从事测控技术和智能仪

2、器等方面的研究和教学工作,E 2mail :a.g. song . cn摘 要:基于 ARM的图像处理系统与基于 PC计算机的图像处理系统相比，体 积更小、 。本文介绍了基于 ARM 的图像处理系统硬件构成，分析了 LCD 控制器与 CAMIF (,重点介绍了基于 ARM 的图像处理系统软件实现算法。此系统利用ADS1.2 开发环境和 C 实现颜色提取、灰度处理及边缘检测等功能。关键词：图像处理;ARM ;中图分类号:TP319 文献标识码:B文章编号:100820686(2009 0420066204Desig n of Image Process ing System B a

3、sed on ARMMA Jun 2qing 1,S0NG Ai 2guo 1, G AN Ying 2jun 2(1. S out heast Universit y , N anj ing 210096, China; 2. N anj ing Forest ryUni versit y , N anj ing 210037, Chi naAbstract :Compared wit h image process ing system based o n comp uters , system based on A RM isa faster , smaller and more fle

4、xible application. And it owns adva ntages of lower cost s. This paper introduces t he hardware of image process ing system based on A RM , an alyzes worki ng p rin ciples of LCD cont roller and CM IF (Camera In terface .In software aspect , it illust rates software algorit hm related tot he system

5、2desig n 2process in detail. The image p rocess ing software is desig ned and writte n bymeans of ADS1.2soft 2ware develop ing platform and Ian guage C.Experimental result s show t hat t he system has real 2time color extraction , gray 2scale p rocess ing ,edge detect ion capabilities and so on. K e

6、yw ords :image p rocess ing ; A RM ; color ext racti on ; edgedetect ion本文介绍了笔者利用 ARM 嵌入式系统所设计的一种图像处理系统，该系 统选用含有三星S3C2440A 的丫L2440 开发板，将 J T A G 口、串口 P2 和 US B HOST 接口与 PC 机、PIO 并口、串口及 US B DEVICE 连接。1 系统的硬件构成1. 1 系统硬件总体框架基于 A RM 的图像处理系统的硬件总体框架如图 1 所示。S3C2440A 芯片以 ARM920T 为核心，工作频率高达 400M Hz ,并且集成了 L

7、 CD 控制器以及摄像头接口。丫L2440开发板的两个标准五线串口波特率为115. 2kbp s ,外接 130 万像素 CCD 摄像头,一个 50 芯 L CD 接口引出了 L CD 控制器的全部信号，资源丰富。基于 ARM 的图像 处理系统,在充分利用上述资源的情况下，将图像处理程序利用引导装载程序 Bootloader 进行 BOIS 加载，实现了多种实时图像处理功能。L CD 显示器选用丫片CAMIFQAHB总线FIFO ARMLCDJ寄存器92 OT控制器CAMIFARMFIFOLCD寄存器92 OTE 控制器L2440开发板的标准配置三星 3. 5 寸触摸式 L TV350QV 2

8、F05 型 L CD 显示屏。L CD控制器以及 CAM IF 集成在 S3C2440A 核中。图 1 基于 ARM 的图像处理系统硬件总体框架1.2 摄像头接口 CAMIF 原理系统的 CAM IF 接口包括 5 个部分：图像多路转换器、获取单元、R G B格式转换模块、 DMA的P通道和ISR中断控制器,如图2所示以ITU 2R BIT601格式进入，转换器，4R G B 转换模块，G B丫表示亮度分量，Cb , Cr 表示 红色色度分量。CAM IF 中有两路相互独立的 DMA 通道,分别为 P 通道与 C 通 道。系统所用的 P通道将 R G B 图像经 A HB 总线存储到 PIP

9、存储器中，而 C 通道 将 Y Cb Cr 以 4:2:0 或4:2:2 图像用 M PEG 24 和 H263 的格式经 A HB 总线存储到 Codec 中。图 2 CAMIF 架构框图ITU 2R B T 601 格式图像每一像素占用 8 个字 节，其输入时钟序列如图 3 所示。其相关信号和CAM IF 其他接口信号的说明如表 1 所示。图 3 ITU 2R B T 601 输入时钟时序图1.3 LCD 控制器原理S3C2440A 内部已经集成了 LCD 控制器,因此可以很方便地去控制各种类型的 LCD 屏幕。在表 1 摄像头接口信号描述信号名称I/O 有效电平描述CAM PCL K I

10、 无像素时钟，由摄像头处理器控制CAM VSYNC I 高/低电平帧同步，由摄像头处理器控制CAM HREFI 高/低电平水平信号，由摄像头处理器控制CAM DA TA7:0l 无像素数据，由摄像头处理器控制CL T 摄像头处理器的主时钟/低电平摄像头处理器的软件复位或掉电处理注:1/0 的输入输出方向是针对 AP 而言SCS2440A 芯片中的 L CD 控制器包括将 L CD 的图像数据从存于系统存储器中的视频缓冲器转化到LCD 终端驱动器的过程逻辑，用于转换摄像数据并收集主要控制信号，如 VFRAM E , VL IN E , VCL K 和VM等。此外,包括配合摄像数据的数据端口 VD

11、23:0,其结构如图 4 所示。图 4 L CD 控制器的结构框图LCD 控制器在单色 LCD 屏上支持单色、2 位或 4位图形格式。并利用基于时间的高频算法和帧频控制方法使其与 8 位或 12 位的超扭曲向列型液晶显示屏幕进行交互。当它与调 色薄膜晶体管（TFT 交互时,支持 2 位、16 位或 256 位图像显示。当与非调色式薄膜 晶体管交互时,支持 16 位和 24 位逼真彩色图像显示。通过编程 丄 CD 控制器可以支 持与水平和垂直像素数量有关的和与数据接口、转换时间和更新速度的数据传输线 宽度有关的多种要求。2 系统的软件设计本系统是动态的图像处理系统。系统通过摄像头采集到图像数据，

12、经过处理后在 LCD 屏上显示。如果此时没有中断输入，摄像头便不停地采集新数据 丄 CD 屏也 将不断刷新显示新画面。软件系统实现以下功能：将摄像头采集到的数据不经过 处理76 第 4 期马俊青，宋爱国等：一种基于 ARM 的图像处理系统的设计直接在 LCD 屏上显示；凸显所采集到的图像中绿色部分,并将其余颜色全部置黑；显示一幅设定好的静态图像；凸显所采集 到的图像中红色部分并保留其余图像；将彩色图像灰度化处理；将彩色图像处 理为底片模式；进行边缘检测；执行图像处理的暂停、继续及退出。本系统运行主流程为：引导装载程序一 L CD 初始化一摄像头初始化一图像处理。2WF.1 引导装载程序引导装载

13、程序 Bootloader 储存在处理器内部的 Boot Internal SRAM (4kB ,是在 YL2440 开发,包括对 2440 核 I/O 接口端口 A 至端口 J 的初始化、ISR 中断初始 化、时钟信号的设定、UAR T 初始化及 U SB 端口初始化等工作。2. 2 图像处理 方法及程序实现(1 颜色提取与增强如果要进行图像处理，首先要进行图像的灰度化。以便继续 进行图像的分割处理。可以组合使用屏蔽字和移位操作来得到 RGB 各分量值。 颜色提取程序的流程如图 5 所示。图 5 绝色提取程序流程图(2 边缘检测微分运算中有一阶微分与二阶微分，这两种微分都可以用在边缘检测与提

14、取 中。而在数字图像中，数据是以一定间隔排列着，不可能进行真正意义上的微分运0001算。用相邻像素间的差值运算近似微分，故实际的运算应该是差分。用于进行像素 间微分运算的系数组被称为微分算子。这些微分算子有多个种类,其中部分算子如表 2。实际的微分运算，就是计算目标像素及周围像 素,分别乘上微分算子对应数值矩阵系数的和，其结果被用作微分运算后目标像素的 灰度值。表 2 采用梯度运算的微分算子算子名称一般差分Roberts 算子 Sobel 算子求 f x 的模板 000012100000001002121012202211y 00010000010212122211系统选用 Robert s

15、微分算子。经微分运算后输出的图像是对应于边缘强度的灰度图像。如果要求表示边缘线或者在打印机上 打印,有必要进行二值化处理。图 6 为边缘检测程序流程图。图 6 边缘检测程序流程图3 引导装载程序加载与实验结果该软件系统是直接通过 S3C2440A 中的 Boot 2loader 程序加载运行。将串口、 USB 接口与电源线接好后,其 DNW 的 COM 口选择 1 通道,波特率设为 152kbps，地址基址定义在0 x32000000(SDRAM。给开发板上电后进入 Bootloader 界面。通过 USB 口加载编 写好的图像处理程序后丄 CD 显示人机交互界面。向 PC 键入相应数字后，系

16、统便开 始相应的图像处理。4 结语本文对 S3C2440A 芯片的有关图像处理硬件原86电气电子教学学报第 31 卷理和应用设计进行了详细介绍，对相关的图像处理算法与程序设计进行了详细 分析,设计的图像处理系统已成功地实现了基于 ARM 的各种实时图像处理功能。 与普通的基于 PC 计算机的图像处理系统相比,ARM 嵌入式图像处理系统极大的简 化了系统结构，缩短了开发周期，并且充分发挥了其速度快、体积小及应用灵活等特 点。参考文献：1 李佳.ARM 系列处理器应用技术完全手册M .北京:人民邮电出版社,20062陈兵旗,孙明.Visual C +实用图像处理专业教程M .北京:清华大学出版社，

17、2004:542743武秀文.基于ARM嵌入式平台的图像处理系统D .武汉:武 汉理工大学硕士研究生论文.2006:252264优龙科技有限公司.丫L2440 使用手册 V2006,20065SUMSUN G EL ECTRONICS , S3C2440A 322BIT CMOS MI 2CROCON TROLL ER USER S MANUAL , 2004吴作勇等基于 FP GA 和 ARM 的彩色图像处理系统J.哈尔滨:自动化技术与应用,2007,26(4:67270(上接第 65 页卢2 根据以上理论分析,利用 Matlab 软件对响应进行数字仿真,让 PS K 调制信 号通过如下滤波

18、器：H (s =(s 2-1. 58s +0. 96 /(s 2-1.57s +0. 9假设 PS K 调制信号载频 f c =465k Hz ,T=2f 对其以 f sample =10f c 的速率采样,采用脉冲响应不变法将模拟滤波器变换成相应的数字滤波器来逼近其频率特 性。以 t =0 为跳变时刻，相继 100 个点的采样波形如图 2 所示。可以看出，原 PS K 信号在相位跳变处的暂态响应峰值由信号S 1(t 和信号 S 2(t 分别经过滤波器的响应共同决定。OJ0 2UJ-0.1-02-OJ(I 10 20 JU -U) SO 60 70 MU 901WI (c)信号SM滤波器稳态响

19、应貝(“0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100( (3) )(id 4S (t)滤波器轉态响应y (F)F Uf；.；|. I0(b)号5 0)滤波器和态响应y0.5if-15(小卩SK调制信号滤波器个响应H “图 2 PSK 调制信号与滤波器响应的分解与合成图 2(a 所示暂态响应的前两个峰值分别约为21.5 和 1. 1,而图 2(d 所示全响应的前两个峰值分别可以达到21. 75 和 1.4 左右,这个增益(约 0. 3 就是由稳态响应叠加上去的。而由式(17 可以看出，稳态响应幅值的大小和相位的偏移是受滤波器零点和极点配置影响的，而根据式(13 和式(14 暂态响应的峰