嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程報(bào)告

1、嵌入式圖像處理系統(tǒng)課程報(bào)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(xué) 號： 3113079008 嵌入式圖像識別、處理一、 研究目的1. 從項(xiàng)目開發(fā)實(shí)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(yīng)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(shí)時(shí)圖像處理方案。二、 嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn)及組成嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)1. 專用性強(qiáng)，面向特定應(yīng)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(gè)性化很強(qiáng)，軟、硬件結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進(jìn)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(shí)時(shí)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(jì)完成以后，用戶通常也不能對其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時(shí)有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，采用交叉編譯的方式開發(fā)應(yīng)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(yīng)用程序完全綁定在一起構(gòu)成一個(gè)不可分割的整體。因此，不同的嵌入式產(chǎn)品在開發(fā)時(shí)必須設(shè)計(jì)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(wù)管理模塊3. 任務(wù)通信模塊4. 內(nèi)存管理模塊5. 時(shí)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(dá)標(biāo)。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(zhǔn)確判斷瓷瓶中心軸線與鉛垂線之間的夾角，進(jìn)而指導(dǎo)工作人員進(jìn)行位置校正控制，最終達(dá)到產(chǎn)品的出廠指標(biāo)。（一） 常見的水平、垂直度測量方法（1）基準(zhǔn)點(diǎn)、線、面法機(jī)械測試方法（2）常用水平測試方法標(biāo)尺法液體通管法（3）垂直度測試方法激光鉛直儀法導(dǎo)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(dǎo)工作人員調(diào)

4、節(jié)控制瓷瓶的四個(gè)螺母的相對位置。為了提高產(chǎn)品的效率，在和用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)方案交流討論時(shí)，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(zhǔn)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(jī)，拍攝紅外線投影斑點(diǎn)和靶心的相對位置?？紤]到圖像信息傳輸時(shí)數(shù)據(jù)的龐大以及圖像識別、分析、處理的實(shí)時(shí)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(yīng)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(yán)格的要求，因此運(yùn)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(yīng)用而進(jìn)行設(shè)計(jì)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(yīng)用環(huán)境所采用的圖像處理技術(shù)及特點(diǎn)分別涉及相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)；（2） 由于同一時(shí)代嵌入式系統(tǒng)的硬件計(jì)算能力和速度相較通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要低一些，這就要求在設(shè)計(jì)專用圖像處理算法和策略的時(shí)候應(yīng)盡可能的采用產(chǎn)生較少執(zhí)行代碼量以及快速的運(yùn)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(jì)時(shí)應(yīng)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(shí)和工作時(shí)的功耗差別很大，因此，在設(shè)計(jì)圖像處理應(yīng)用時(shí)，應(yīng)盡量減少系統(tǒng)

6、工作的時(shí)間，同時(shí)降低系統(tǒng)的工作強(qiáng)度。（四） 嵌入式圖像處理系統(tǒng)的特點(diǎn)隨著現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步飛速發(fā)展以及圖像處理相關(guān)學(xué)科和理論的發(fā)展，圖像處理技術(shù)的應(yīng)用范圍有了進(jìn)一步的擴(kuò)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(jì)算機(jī)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(gè)課題，除了運(yùn)用最先進(jìn)、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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，采用并行計(jì)算技術(shù)、多處理器技術(shù)等等，提高計(jì)算機(jī)計(jì)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(jī)對話界面的研究等等工作，進(jìn)行新型專用圖像處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)。由于新一代的圖像處理計(jì)算機(jī)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(wù)處理的實(shí)時(shí)性能；采用高校的高級語言編寫嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序，并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)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(jì)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(diǎn)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(qiáng)大、運(yùn)行高速等特點(diǎn)。（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(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)GUI的實(shí)現(xiàn)方法盡管實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)對GUI的需求越來越明顯，但目前GUI的實(shí)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(rèn)為GUI系統(tǒng)是一個(gè)類似于操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件，需要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，并且應(yīng)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(shí)時(shí)性現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)對于重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證各個(gè)人物及時(shí)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(wù)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(shí)時(shí)性是基本要求。此次課題中由于一次性要進(jìn)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(diǎn)提取，最終通過運(yùn)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(shí)響應(yīng)、分析、處理，是進(jìn)行合理任務(wù)調(diào)度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因此對圖像處理的實(shí)時(shí)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(jìn)行圖像處理需要編寫應(yīng)用程序應(yīng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)，而不用注意具體的硬件細(xì)節(jié)。如果操作系統(tǒng)相同，應(yīng)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(yīng)用程序開發(fā)主要是對圖像采集任務(wù)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(shí)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(jìn)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(shí)時(shí)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(jì)A. 圖像邊緣檢測B. 根據(jù)識別出的邊緣進(jìn)行質(zhì)心的確定C. 斑點(diǎn)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(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展非常迅速的一個(gè)方向，開源操作系統(tǒng)運(yùn)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