畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機圖像采集裝置的設(shè)計

濟南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGEI-濟南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題目基于單片機的圖像采集裝置的設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣07Q2學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師二〇一一年六月七日摘要在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢驗、生產(chǎn)監(jiān)視及零件識別應(yīng)用。通常人眼無法連續(xù)、穩(wěn)定地完成這些帶有重復(fù)性和智能型的工作，其他傳感器也難有用武之地。由此開始用攝像頭來采集圖像，經(jīng)計算機進行處理后，得到想要的信息，從而產(chǎn)生了視覺傳感器。本設(shè)計以Freescale公司的16位單片機MC9S12DG128為核心，采用以O(shè)V6620作為圖像傳感器的數(shù)字攝像頭，通過RS232接口將采集到的圖像數(shù)據(jù)上傳至上位機，在上位機上進行圖像的處理、存儲及識別。本設(shè)計完成了單片機核心模塊的設(shè)計、數(shù)字傳感器電路的設(shè)計、RS232串行通信接口電路的設(shè)計；在Codewarior開發(fā)環(huán)境下，利用C語言編程實現(xiàn)了數(shù)字圖像的采集、圖像信息的上傳等功能。最終實現(xiàn)了對圖像的數(shù)字化采集并完成了采集裝置與上位PC機的通信功能。關(guān)鍵詞：圖像采集；單片機；數(shù)字攝像頭ABSTRACTInthemodernindustrialautomation,sensorsinvolveavarietyoftesting,productionmonitoringandpartsidentificationapplications.Typically,thehuman’seyescannotbecontinuous,stableandcompletethesewithintelligentrepetitivework.Andothersensorsarealsodifficulttohaveitsuses.Thuspeoplebegantousecamerastocaptureimagesprocessedbycomputertoobtainthedesiredinformation,resultinginavisualsensor.Thedesigniscompletedthedesignofthemicrocontrollercoremodule,digitalsensorcircuit,RS232serialcommunicationinterfacecircuit;InCodewariordevelopmentenvironment,thesystemusestheClanguageprogrammingofthedigitalimageacquisition,theinformationofimageuploadedandsoon.Finally,thedesignrealizedthedigitalimageacquisitionandcompletedcommunicationbetweentheacquisitiondeviceandthehostPC.Keywords：imageacquisition;microcontroller;Digitalcamera目錄摘要 IABSTRACT II1前言 11.1研究背景 11.2研究目的與意義 11.3研究現(xiàn)狀 11.4主要研究內(nèi)容 22圖像采集裝置的系統(tǒng)總體設(shè)計 32.1系統(tǒng)總體設(shè)計 32.2系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計 33圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 43.1數(shù)字攝像頭概論 43.2圖像采集系統(tǒng)核心部件 83.2.1MC9S12DG128簡介 83.2.2硬件電路系統(tǒng)組成 114軟件設(shè)計 154.1數(shù)字攝像頭波形輸出 154.2程序設(shè)計 174.3數(shù)字圖像處理 244.4數(shù)字圖像處理方法 25結(jié)論 28參考文獻 29致謝 30附錄 311前言1.1研究背景目前，主要有兩種對圖像信息采集和處理的方式，即：（1）利用CCD攝像頭和圖像采集卡，通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)PCI或者其他總線方式由上位機對圖像進行處理。此方法雖利用豐富的PC機硬件資源、軟件開發(fā)簡單的特點，但整個系統(tǒng)硬件連接復(fù)雜，不利于小型化，且穩(wěn)定性不高，需專業(yè)人員定期進行維護。（2）采用CCD或者CMOS攝像頭采集圖像，再利用DSP+FPGA進行圖像處理，此方法利用具有高速數(shù)字處理處理能力的DSP和支持外設(shè)能力的FPGA，實現(xiàn)了數(shù)字圖像的采集與處理。這種方法確實可滿足高速視頻采集和處理的要求，但是其軟硬件往往是針對專用型號的處理器和項目來開發(fā)的，應(yīng)用軟件不易移植，研發(fā)時間長，且軟硬件成本都較高，不適應(yīng)于對圖像速度與功能要求相對較低的項目。針對這兩種形式，可采用單片機嵌入式系統(tǒng)來建立圖像采集裝置，實現(xiàn)圖像的采集、顯示、處理等功能。 1.2研究目的與意義單片微型計算機的開發(fā)、不斷完善和發(fā)展，是人們開始將計算機的高速、高精度、高可靠性、可重復(fù)性與納米技術(shù)結(jié)合起來逐漸形成的。單片機技術(shù)的誕生與應(yīng)用，在極大程度上解放了勞動生產(chǎn)力，提高了工業(yè)生產(chǎn)自動化水平，改善了人們的生活現(xiàn)狀，具有極為廣闊的應(yīng)用前景。隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像采集裝置得到了廣泛應(yīng)用。當圖像采集裝置運行時，常常會受到許多外界環(huán)境因素的影響，于是需要可靠、穩(wěn)定、抗干擾能力強的計算機實時控制系統(tǒng)軟、硬件的支持。裝置在處理過程中參數(shù)變化地十分迅速，操作也十分頻繁，則要求整個裝置應(yīng)當做到安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟地運行。特別是大規(guī)模集成電路、計算機和通信技術(shù)的相互滲透對進一步促進視頻技術(shù)不斷改進和拓展是十分必要的。機器視覺、多媒體通信、高清晰電視以及圖像處理、模式識別和計算機視覺等眾多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)σ曨l圖像采集裝置的性能均提出了越來越高的要求。裝置采用單片機技術(shù)其目的是：運用基于單片機為核心的開發(fā)板，建立圖像采集裝置，對圖像進行采集、顯示并存儲，進而完成圖像的統(tǒng)計、識別等功能。同時對裝置的安全可靠性、運行損耗等進行檢測。1.3研究現(xiàn)狀現(xiàn)今，基于單片機技術(shù)的圖像采集系統(tǒng)具有一系列優(yōu)點：圖像采集系統(tǒng)體積小，集成度高，經(jīng)濟實惠，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強等。在單片機與PC機相結(jié)合的時代，單片機越來越多的滲入到我們的日常生活。單片機涵蓋于智能家電、消費電子、通訊設(shè)備、軍事等各個領(lǐng)域，發(fā)揮著不可取代的作用。隨著單片機的廣泛應(yīng)用，基于單片機的圖像采集裝置也廣泛應(yīng)用在工業(yè)產(chǎn)品檢測、教學(xué)識別系統(tǒng)、日常生活圖像采集等領(lǐng)，其市場具有可塑性與推廣性，并且一直保持持續(xù)發(fā)展趨勢。1.4主要研究內(nèi)容本文的研究方向主要是運用CMOS視覺傳感器采集圖像，在其內(nèi)部經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換把圖像信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，對所采集到的圖像信號進行處理，分離復(fù)合信號，從中提取出所需的信息，再將信息傳輸給單片機，通過單片機與PC機之間的控制，對輸出圖像進行采集、存儲以及傳輸，從而實現(xiàn)裝置在不同條件下進行不同的圖像處理，如受外部光線明暗程度、攝像頭視野范圍、硬件干擾等因素的影響時，采集到的圖像總帶有一些失真或者噪聲需要對初始數(shù)據(jù)進行濾波處理等等。2圖像采集裝置的系統(tǒng)總體設(shè)計2.1系統(tǒng)總體設(shè)計整個圖像采集裝置由數(shù)字攝像頭、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)三個模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。數(shù)字攝像頭（OV6620傳感器）圖像采集系統(tǒng)（單片機）數(shù)字攝像頭（OV6620傳感器）圖像采集系統(tǒng)（單片機）PC機數(shù)據(jù)總線等串行通信數(shù)字攝像頭負責(zé)將圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息，通過并行總線將數(shù)字信號送往單片機，單片機通過RS232串行通信接口將所采集到的圖像信息送到上位PC機上，在PC機上完成對圖像的處理。2.2系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計、供電電路的設(shè)計、數(shù)字攝像頭接口電路的設(shè)計、RS232串行通信接口電路的設(shè)計。軟件設(shè)計中涉及到下位單片機的RS232串行通信子程序和圖像采集子程序、上位PC機的圖像處理程序。后面章節(jié)將詳細講述相關(guān)部分的設(shè)計。3圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1數(shù)字攝像頭概論圖像數(shù)據(jù)能夠進入計算機的只有數(shù)字形式，然而自然界中的圖像是其他形式的信息，如何轉(zhuǎn)化圖像信息開始被人們所思考。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的提高，一種名為攝像頭的圖像攝取裝置發(fā)展起來。攝像頭的工作原理：首先景物通過鏡頭生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換后變成的數(shù)字圖像信號在處理芯片中進一步加工處理，再通過外圍接口傳輸?shù)诫娔X中處理，最終通過顯示器可以觀察到圖像。攝像頭可以分為兩類，若圖像數(shù)據(jù)是在攝像頭和采集卡兩部分完成數(shù)字化的，此攝像頭就是模擬攝像頭；然而若是在攝像頭內(nèi)部完成數(shù)字化的則是數(shù)字攝像頭。數(shù)字攝像頭不僅可以減少圖像的噪音，而且與模擬攝像頭相比，它更顯著的提高了攝像頭的信噪比、增加了攝像頭的動態(tài)范圍以及最大化圖像灰度范圍。目前，攝像頭的研究圍繞數(shù)字攝像頭展開。數(shù)字攝像頭的芯片主要分為CCD和CMOS兩種。CCD（ChargeCoupledDevice），又稱為電荷耦合器件，以百萬像素為單位。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運用于掃描儀、復(fù)印機以及無膠片相機等設(shè)備。此類攝像頭與膠卷的原理相似，即光線穿過一個鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但又有不同，CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒有能力永久保存下來，甚至不具備“曝光”能力，因此所有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個A/D轉(zhuǎn)換器，一個信號處理器以及一個存儲設(shè)備如內(nèi)存芯片或內(nèi)存卡等。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，其中，最大的有2×2平方英寸。CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)，又叫做互補金屬氧化物半導(dǎo)體。它是計算機系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)所需的大量資料。CMOS傳感器便于大規(guī)模生產(chǎn)，且速度快，成本較低，是數(shù)碼相機關(guān)鍵器件的發(fā)展方向之一，在今后的發(fā)展應(yīng)用中有著舉足輕重的地位。數(shù)字攝像頭中的圖像傳感器是其主要元器件，依據(jù)CCD與CMOS芯片構(gòu)成的兩種在“內(nèi)部結(jié)構(gòu)”和“外部結(jié)構(gòu)”上都是不同的傳感器，即：（1）在內(nèi)部結(jié)構(gòu)（傳感器本身的結(jié)構(gòu)）上，CCD的成像點為X－Y縱橫矩陣排列，每個成像點由一個光電二極管和其控制的一個鄰近電荷存儲區(qū)組成。光電二極管將光線（光量子）轉(zhuǎn)換為電荷（電子），聚集的電子數(shù)量與光線的強度成正比。在讀取這些電荷時，各行數(shù)據(jù)被移動到垂直電荷傳輸方向的緩存器中。每行的電荷信息被連續(xù)讀出，再通過電荷/電壓轉(zhuǎn)換器和放大器傳感。這種構(gòu)造產(chǎn)生的圖像具有低噪音、高性能的特點。但是生產(chǎn)CCD需采用時鐘信號、偏壓技術(shù)，因此整個構(gòu)造復(fù)雜，增大了耗電量，也增加了成本；CMOS傳感器周圍的電子器件，如數(shù)字邏輯電路、時鐘驅(qū)動器以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS傳感器的構(gòu)造如同一個存儲器，每個成像點包含一個光電二極管、一個電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、一個重新設(shè)置和選擇晶體管以及一個放大器，覆蓋在整個傳感器上的是金屬互連器（計時應(yīng)用和讀取信號）以及縱向排列的輸出信號互連器，可以通過簡單的X－Y尋址技術(shù)讀取信號。（2）在外部結(jié)構(gòu)（傳感器在產(chǎn)品上的應(yīng)用結(jié)構(gòu)）上，CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，運行速度較慢，而CMOS光電傳感器在采集光信號的同時就可以取出電信號，還能同時處理各單元的圖像信息，運行速度比CCD電荷耦合器快很多。除此之外，CMOS光電傳感器的加工采用半導(dǎo)體廠家生產(chǎn)集成電路的流程，可以將數(shù)字相機的所有部件集成到一塊芯片上，如光敏元件、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理器及控制器等，都可集成到一塊芯片上，還具有附加DRAM的優(yōu)點。從上述兩種數(shù)字攝像頭的對比中可以得出，COMS數(shù)字攝像頭滿足設(shè)計的三條原則，安全可靠、集成度高、高性能、低噪音、成本低廉、經(jīng)濟實惠等。綜上，本設(shè)計采用CMOS數(shù)字攝像頭。本設(shè)計中采用的數(shù)字攝像頭主要由OV6620圖像傳感器構(gòu)成，具體如圖3.1所示。圖3.1數(shù)字攝像頭OV6620OV6620攝像頭模塊采用OV6620彩色數(shù)字CMOS圖像傳感器，其圖像是PAL制，一幀圖像為352×288像素，數(shù)據(jù)格式為YCrCb4:2:2GRB42:2和rawGRB。OV6620的優(yōu)點：供電電壓低，簡化電路；內(nèi)部集成A/D和視頻分離模塊，簡化電路，并且使得采集程序簡單，采集質(zhì)量高；視頻信號轉(zhuǎn)換在內(nèi)部進行，減輕單片機負擔(dān)。內(nèi)部的I2C可編程用來調(diào)整攝像頭的參數(shù)(如最大灰度、對比度、曝光率控制等)，其本質(zhì)是SCCB協(xié)議的寄存器寫入。本設(shè)計采用默認模式，OV6620攝像頭模塊和MC9S12DGS12單片機的引腳連接圖如圖3.2所示。其中，Y0-Y7為灰度信號輸出引腳，由于本系統(tǒng)只需識別道路中黑線。故只需提取數(shù)據(jù)格式為YCrCb4:2:2中的亮度信號Y。灰度信號Y0-Y7則可送MC9S12DG128單片機的B圖3.2OV6620圖像傳感器圖像采集引腳連接1.OV6620特征OV6620圖像傳感器具有諸多特征，下面逐一說明：·101376像素（352x288）,1/4棱鏡，CIF/QCIF格式·逐行掃描讀出·數(shù)據(jù)格式：YCrCb4:2:2,GRB4:2:2,RGBRawData(RGB原始數(shù)據(jù))·8/16bit視頻數(shù)據(jù)：CCIR601、CCIR656、ZV端口·寬動態(tài)范圍，抗模糊，零拖尾效應(yīng)·電子曝光、增益、白平衡控制·圖像增強：亮度、對比度、伽瑪、飽和度、銳度、窗口等·內(nèi)部/外部同步·幀曝光/行曝光選項·5V工作電壓，低電源消耗·<80mW工作功率·<10uA節(jié)電模式·伽瑪校正(0.45/0.55/1.00)·SCCB可編程（400kb/s）·色彩飽和度、亮度、對比度、白平衡、曝光時間、增益2.OV6620功能OV6620傳感器包括一個356×292分辨率的圖像陣列，一個模擬信號處理器，雙8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，模擬視頻復(fù)用器，數(shù)字數(shù)據(jù)格式器和視頻端口，SCCB接口和寄存器，數(shù)字控制包括時鐘模塊、曝光和黑白平衡。OV6620傳感器是1/4-inchCMOS成像設(shè)備。該傳感器含有約101376像素。其設(shè)計是基于逐行轉(zhuǎn)換的場積累讀出機制和同步像素讀出機制的電子快門。傳感器的色彩過濾器包括一個按行交替方式的原色RG/GB陣列。3.攝像頭與單片機的連接時鐘信號時鐘信號片選信號CMOS攝像頭OV6620I2C總線控制同步信號8位數(shù)據(jù)總線圖3.3攝像頭與單片機連接框圖OV6620與單片機MC9S12DG128芯片連接如圖3.3所示，8為數(shù)據(jù)總線Y[7：0]連接到MC9S12DG128芯片的PB[7：0]，PCLK作為攝像頭的時鐘脈沖連接到MC9S12DG128芯片的ECLK，VSYNC作為場有效信號，連接到MC9S12DG128的PT2，HSYNC作為行有效信號，連接到MC9S12DG128的PT1，PT1、PT2是ECT(增強型捕捉定時器)模塊中的引腳。利用增強型捕捉定時器模塊的輸入捕捉功能，每個通道可以擁有單獨的中斷向量，各通道分別設(shè)置成不同的觸發(fā)極性，以滿足HREF(行中斷信號)，要通過下降沿捕捉及VSYN(場中斷信號)，要通過上升沿捕捉的要求。攝像頭的使能信號可以由MC9S12DG128單片機內(nèi)部控制器來管理。MC9S12DG128單片機通過I2C通過VTO模擬圖像輸出引腳可以外接監(jiān)視器來查看采集圖像的質(zhì)量。3.2圖像采集系統(tǒng)核心部件3.2.1MC9S12DG128簡介圖像采集系統(tǒng)以MC9S12DG128作為核心部件，其結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。圖3.4MC9S12DG128引腳結(jié)構(gòu)圖MC9S12系列微控制器（MCU）是以高速CPU12內(nèi)核為基礎(chǔ)的微控制器系列，簡稱S12系列。典型的HCS12總線頻率為8MHz，而典型的S12總線頻率為25MHz。HC12與S12指令完全兼容，故在很多場合統(tǒng)稱為HCS12系列微控制器。HCS12是世界上第一款包含完整的模糊邏輯指令的標準MCU，應(yīng)用模糊控制指令可以簡化控制系統(tǒng)，減少代碼，加快程序運行速度。1.MC9S12DG128單片機結(jié)構(gòu)DG128單片機采用增強型16位HCS12CPU，片內(nèi)總線時鐘最高可達25MHz；片內(nèi)資源包括8KRAM、128KFlash、2KEEPROM；SCI、SPI、PWM串行接口模塊；脈寬調(diào)制模塊（PWM）可設(shè)置成4路8位或者2路16位，邏輯時鐘選擇頻率寬。它包括兩個8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換器，控制器局域網(wǎng)模塊（CAN），增強型捕捉定時器并支持背景調(diào)試模式。其具體結(jié)構(gòu)如圖4.2所示。DG128有112-pin和80-pin兩種封裝形式，80-pin封裝的單片機沒有引出用于擴展的端口，只引出了一個8路A/D接口。本設(shè)計采用112-pin封裝的單片機。S12CPU128KBFLASH2個8路10位ADC增強型8路16位定時器8位8路/16位4路PWM2個SCI口3個SPI口I2CJ1850通信口最多5個增強型CAN總線接口5N變2.5V電壓調(diào)整器12KBRAM4KBEEPROM16位鍵盤喚醒IRQI/O口圖3.5MC9S12DG128單片機結(jié)構(gòu)2.存儲空間的分配微控制存儲器是一種半導(dǎo)體電路，用來存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器可以是單獨的片外芯片，也可以集成在微控制器內(nèi)部，是微控制器系統(tǒng)的重要組成部分。在64KB標準地址空間中，MC9S12DG128安排了內(nèi)部寄存器、RAM、EEPROM和FLASH/ROM等資源，占據(jù)空間分別為1KB、8KB、2KB和128KB，每個存儲單元對應(yīng)一個地址，共64K個地址，用4位十六進制數(shù)表示，即地址為$0000~$FFFF。存儲器中每個存儲單元可存放一個8位二進制信息，通常用2位十六進制數(shù)來表示存儲器存儲單元內(nèi)的內(nèi)容。微控制器內(nèi)部不同存儲器占用不同的存儲空間，亦是說，不同的地址范圍，它們均占據(jù)特定的地址空間。圖像傳感器的數(shù)字信號通過單片機來分配存儲空間的地址進行存儲。單片機存儲空間分配如圖3.6所示。圖3.6存儲空間的配置3.串行接口接口的功能是溝通計算機與外圍設(shè)備。通過接口電路的協(xié)調(diào)工作來實現(xiàn)信息和命令的傳送。具體說來，在此系統(tǒng)中，MC9S12DG128單片機與PC機之間的連接采用SCI串行接口。SCI是一種采用標準的不歸零數(shù)據(jù)NRZ格式的異步串行通信接口。它內(nèi)置獨立的波特率產(chǎn)生電路和SCI收發(fā)器，可選擇8或9個數(shù)據(jù)位9(其中9位數(shù)據(jù)格式的第9位可由SCI控制寄存器的M位指定的奇或偶校驗位)發(fā)送和接口的奇偶校驗位可以選擇是否由硬件生成。S12MCU中的SCI的功能特點為：雙線串行接口；標準NRZ格式；硬件自動生成奇偶標志；全雙工操作；獨立的波特率產(chǎn)生邏輯；獨立的發(fā)送器和接收器允許控制位；通信過程可采用中斷逐動機制；具有回送方式，方便了調(diào)試；可以監(jiān)視發(fā)送器的輸出，實現(xiàn)通信過程的自診斷。S12的SCI串行通信在普通和特殊運行模式下的功能是一樣的。由于SCI自身特性，SCIBDH和SCIBDL構(gòu)成的16位波特率控制寄存器需設(shè)置。4.外圍設(shè)備對于單片機而言，其外圍設(shè)備有許多，如串行接口、外部總線、輸入輸出通道等等，其主要作用在于能夠進行擴展與外部設(shè)備進行傳輸。I2C總線是芯片間的串行傳輸總線，采用兩線制，由串行時鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA構(gòu)成。I2C總線為同步傳輸總線，數(shù)據(jù)線上的信號與時鐘同步，只需要兩根線就能夠?qū)崿F(xiàn)總線上各器件的全雙工同步傳輸數(shù)據(jù)傳送，可以極為方便地構(gòu)成多級系統(tǒng)和外圍器件擴展系統(tǒng)。I2C總線采用器件地址的硬件設(shè)置方法，使硬件系統(tǒng)的擴展簡單靈活。按照I2C總線規(guī)范，總線傳輸中的所有狀態(tài)都生成相應(yīng)的狀態(tài)碼，系統(tǒng)中的主機依照這些狀態(tài)碼自動的進行總線管理，用戶只要在程序中裝入這些標準處理模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)要求完成I2C總線的初始化，啟動I2C總線就能夠自動完成規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送操作。由于I2C總線已經(jīng)集成于單片機的片內(nèi)，用戶無需設(shè)置接口，使設(shè)計時間大為縮短。I2C總線為開漏或集電極開路輸出，需要外加上拉電阻。系統(tǒng)中所有的單片機、外圍器件都將數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL的同名引腳相連在一起，總線上的所有節(jié)點都由器件引腳給定地址。系統(tǒng)中可以直接連接具有I2C總線接口的單片機，也可以通過I/O口的軟件模擬與I2C總線芯片相連。在I2C總線上可以掛接各種類型的外圍器件，如RAM、E2輸入輸出通道的主要作用就是將數(shù)字傳感器處理得到的數(shù)字信號，通過建立在單片機與檢測裝置之間的信息傳遞與變換通道即輸入輸出通道，與計算機進行聯(lián)系，實現(xiàn)信息的采集與控制。3.2.2硬件電路系統(tǒng)組成在本設(shè)計中，MCU最小系統(tǒng)由供電電路、時鐘電路、看門狗電路(復(fù)位電路)、串行接口電路等組成在單片模式下運行。1.供電電路該系統(tǒng)由7.2V電池來供電，但是該單片機所需要的是+5V電源。單片機I/O模塊的供電是+5V電壓，同時S12單片機片內(nèi)使用2.5V電壓，片外I/O也使用5V電壓，較低的片內(nèi)電壓可以使得CPU快速運行、低功耗；較高的I/O模塊電壓將有利于抵抗外界干擾，因此使用+5V電壓供電能夠使系統(tǒng)在復(fù)雜的環(huán)境之中正常工作。該單片機內(nèi)部集成了電壓調(diào)整器模塊，此模塊可以產(chǎn)生單片機內(nèi)部所需要的其他電壓。此外，供電電路加上了一些儲能電容和去耦電容來穩(wěn)定供應(yīng)＋5V電壓。電源管理電源管理MC9S12DG128單片機CMOS攝像頭通訊及調(diào)試部分5VI/O5VSCI圖3.7電源總體配置單片機采用了REG1117-5.0串聯(lián)式直流電源調(diào)整芯片供電，該芯片的最小輸入電壓為6.5V，最大供電能力為800mA，電壓輸出范圍5.0±0.05V，電壓噪聲小于20mV。壓降為7.2-5=2.2V,可推出電源效率達到5/7.2=70%。為減小單片機所在電路的沖擊電流，采用+5V電源供電且在REG1117后接上了一個100uF的電容及一些小的高頻旁路電容，如圖3.8所示。圖3.8供電電路2.時鐘電路時鐘電路是由石英晶體振蕩器和一些電容、電阻組成的，雖然簡單的單片機可以使用集成到單片機內(nèi)部的RC振蕩電路產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘，但是這種簡單的時鐘電路頻率的穩(wěn)定性得不到保證，而且外部晶振只能提供穩(wěn)定的頻率為16M的振蕩，為使該單片機內(nèi)部的壓控振蕩器和鎖相環(huán)（PLL）得到一個高穩(wěn)定的時鐘源。PLL電路每鎖定一個工作頻率就需要一個特殊外部濾波電路，以消除鑒相器產(chǎn)生的噪聲電壓，從而使壓控振蕩器輸出穩(wěn)定的振蕩頻率。PLL的濾波電路應(yīng)設(shè)計得具有良好的抗干擾性能，它的元器件取值應(yīng)經(jīng)過FREESCALE提供的計算軟件來設(shè)計，在設(shè)計布局的時候用相對獨立的地線將其包圍，離高頻線路遠一點。把由外部得來的振蕩提高為24M的總線時鐘和48M的CPU工作時鐘，供給單片機使用穩(wěn)定，可調(diào)的時鐘信號。圖3.9時鐘電路3.看門狗電路看門狗電路電路的應(yīng)用，使單片機可以在無人狀態(tài)下實現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是：看門狗芯片和單片機的一個I/O引腳相連，該I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或低電平)，這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段不進入死循環(huán)狀態(tài)時，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行,這個時候,看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號，便在它和單片機復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個復(fù)位信號，使單片機發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行，這樣便實現(xiàn)了單片機的自動復(fù)位。本次設(shè)計采用的是MAX706SESA芯片作為看門狗電路芯片，該芯片的電路圖如3.10所示。圖3.10看門狗電路4.串口通信電路在本設(shè)計中，為獲得圖像信息，對圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)存儲和顯示，就要要求單片機能夠和PC機通信，其中較為方便有效的方式是串行通信。除此之外，系統(tǒng)的調(diào)試也要用到串口。因此，串口通信電路不可或缺。PC機與單片機的通信是通過RS-232串口通信來實現(xiàn)的，如圖3.11所示。圖3.11串口通信電路4軟件設(shè)計本文中的軟件設(shè)計主要設(shè)計下位單片機的圖像采集、圖像傳輸，上位機的圖像處理。圖像采集要涉及到數(shù)字攝像頭的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)的傳輸方式。圖像的傳輸主要是串行通信程序的設(shè)計。上位機的圖像處理則涉及到了圖像處理的相關(guān)知識。以下分別進行講述。4.1數(shù)字攝像頭波形輸出在本設(shè)計中，采用8位灰度圖像數(shù)據(jù)，OV6620提供的信號包括：VSYNC、CHSYNC、PCLK、8bit數(shù)據(jù)總線：Y[7:0]。當PCLK處于上升沿時，數(shù)據(jù)輸出到變焦視頻ZV端口。其輸出如圖4.1所示。圖4.1OV6620輸出波形在圖像采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳送時期重要環(huán)節(jié)之一。為保證所采集數(shù)據(jù)能夠可靠的傳送且工作效率高，提出以下傳輸方式：查詢傳送方式查詢傳送往往要求異步工作方式，因此很難保證在執(zhí)行輸入輸出時系統(tǒng)與外設(shè)之間的狀態(tài)問題。通常程序控制的傳送方式在傳送之前，必須要查詢一下外設(shè)的狀態(tài)，當外設(shè)準備就緒才可傳送；若未準備好，則等待，此過程需不斷循環(huán)進行。第二，直接數(shù)據(jù)通道傳送方式直接數(shù)據(jù)通道傳送方式是用硬件在外設(shè)與內(nèi)存之間直接進行數(shù)據(jù)交換的傳送方式，數(shù)據(jù)傳送速度的上限取決于存儲器的工作速度，但須DMA控制器進行控制。第三，中斷傳送方式中斷傳送方式與查詢方式相比不需要不斷訪問外設(shè)，較之DMA方式，結(jié)構(gòu)簡單，可大大提高效率，允許處理器與外設(shè)同時工作，實現(xiàn)實時處理。此外，當裝置遇到掉電等故障時，中斷系統(tǒng)可對其進行故障處理。本設(shè)計依據(jù)其系統(tǒng)設(shè)計的三大原則采用中斷方式進行數(shù)據(jù)采集，下面進一步對中斷進行論述。中斷是提高微控制器工作效率的一種重要手段，可使MCU的程序設(shè)計更加高效與靈活，可以提高嵌入式系統(tǒng)的實時處理能力，擴大其應(yīng)用范圍，尤其是在低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中，中斷更是一個必要的技術(shù)手段?？梢哉fMCU的中斷系統(tǒng)的功能如何在某種程度上決定了MCU的用途，中斷功能強大與否也是評判MCU性能的一個重要指標。中斷是在一個處理器上運行多個系統(tǒng)的有效方法，多個中斷相結(jié)合形成系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)一般具有以下特點：（1）能實現(xiàn)中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回。當一中斷源發(fā)出中斷請求時，MCU決定是否響應(yīng)這一請求。如果允許響應(yīng)這個中斷請求，MCU能夠有硬件自動保護斷點，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。中斷處理完后能通過指令自動恢復(fù)斷點，返回原中斷繼續(xù)執(zhí)行被終止的程序。（2）能實現(xiàn)中斷優(yōu)先級配置。當兩個或更多個中斷源同時發(fā)出中斷申請時，優(yōu)先級較高的中斷申請首先得到處理。（3）能實現(xiàn)中斷嵌套。中斷處理過程中，有優(yōu)先級較高的中斷請求時，MCU能暫停正在執(zhí)行的中斷處理程序，轉(zhuǎn)去響應(yīng)與處理優(yōu)先級較高的中斷申請，結(jié)束后再返回原先優(yōu)先級較低的中斷處理過程。（4）能通過軟件實現(xiàn)模擬中斷的功能，便于中斷的調(diào)試。在單片機中，S12MCU的中斷處理過程是硬件和軟件編程相結(jié)合的處理過程，有些是通過硬件完成的，有些是通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)的。總的來說，中斷處理的基本流程可分為以下4步，如圖4.2所示。中斷請求中斷請求中斷響應(yīng)中斷程序處理中斷返回圖4.2中斷處理過程1、中斷請求當S12MCU的外部設(shè)備或者內(nèi)部模塊發(fā)生中斷事件，需要S12為其服務(wù)時，首先向S12發(fā)出中斷請求信號。若該中斷源未被屏蔽，中斷允許觸發(fā)器備置位時，表示允許發(fā)出中斷申請。2、中斷響應(yīng)中斷源的中斷請求是隨機的，S12一般會在現(xiàn)行指令結(jié)束時去檢測中斷請求。當檢測到有中斷請求時，如果中斷響應(yīng)條件滿足，則S12在當前指令執(zhí)行結(jié)束時，是中斷進入中斷響應(yīng)周期，在中斷響應(yīng)周期內(nèi)S12通過內(nèi)部硬件自動完成3件事：關(guān)中斷，即將CCR寄存器I位置1，以禁止其他中斷干擾將要執(zhí)行的中斷服務(wù)程序;保護斷點和標志寄存器內(nèi)容，即將返回地址和預(yù)保存的寄存器內(nèi)容推入棧區(qū)；跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的入口地址。3、中斷程序處理執(zhí)行中斷服務(wù)程序，完成要處理的功能，通常要求中斷處理程序的設(shè)計應(yīng)力求簡短。4、中斷返回中斷服務(wù)程序的最后一條指令必須是中斷返回指令RT1，S12執(zhí)行中斷返回指令時，自動將保存在現(xiàn)行堆棧中的標志寄存器內(nèi)容和斷點地址彈出，使程序回到中斷前的地址繼續(xù)執(zhí)行，即S12從中斷服務(wù)程序返回而繼續(xù)執(zhí)行被中止的原來正常運行的程序。經(jīng)由以上四步中斷不斷循環(huán)進行，對系統(tǒng)實現(xiàn)實時、安全、可靠、有效的數(shù)據(jù)處理，完成系統(tǒng)間的正常運行。4.2程序設(shè)計根據(jù)圖像采集裝置的整體設(shè)計方案，攝像頭從圖像傳感器得到外部的圖像數(shù)據(jù)信息，依據(jù)所得到的圖像信號進行采集、存儲，經(jīng)PC機數(shù)字圖像處理后，取得特征值，進行串口通信。因而，軟件系統(tǒng)可分為圖像采集模塊、圖像處理模塊、串行接口模塊和串行通信模塊部分。程序采用模塊化編程方法，將每一步編程一個子函數(shù)，通過函數(shù)調(diào)用的方式來逐步實現(xiàn)圖像采集、處理、傳輸?shù)鹊?。運用此方法不僅便于編程，同樣使調(diào)試、查錯和算法改進大大便捷。在C語言程序調(diào)用時，將所需傳遞的參數(shù)設(shè)定為統(tǒng)一的全局變量，在程序任一部分都可被調(diào)用。這種方式充分考慮了單片機的尋址方式，減少了堆棧操作。同時，可以從存儲空間的固定位置看到想要觀察的數(shù)據(jù)。這種思想在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中能大大簡化差錯步驟，及時了解程序運行狀況。程序總流程如圖4.3所示。開始開始圖像采集模塊串行接口模塊圖像處理模塊結(jié)束串行通信模塊中斷入口開放場中斷開放行中斷關(guān)閉場中斷一幀數(shù)據(jù)是否完整？發(fā)送數(shù)據(jù)關(guān)閉行中斷關(guān)閉場中斷NY圖4.3裝置總體流程圖圖像數(shù)據(jù)需要經(jīng)單片機采集處理后發(fā)送到PC機處理顯示，而在此過程中，數(shù)據(jù)需經(jīng)過串行通信接口才可完成單片機與PC即之間的數(shù)據(jù)傳輸通信。因此軟件設(shè)計主要包括上述的四個模塊。單片機完成數(shù)字信號數(shù)據(jù)的采集和傳送，即完成數(shù)據(jù)采集模塊、串行接口模塊和串行通信模塊,PC機負責(zé)圖像濾波和圖像可視化顯示，即負責(zé)數(shù)據(jù)處理模塊。圖像傳感器將數(shù)字信號傳輸?shù)絾纹瑱C中。定義一個二維數(shù)組存儲轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù),二維數(shù)組每行的各點代表圖像每行上點的灰度值。圖像采集過程如圖4.4所示。NN開始讀取場同步場開始？行開始？讀完一行？讀取行同步讀完一場？讀取數(shù)據(jù)NNNNYNN開始讀取場同步場開始？行開始？讀完一行？讀取行同步讀完一場？讀取數(shù)據(jù)NNNNYYYNNNNNNNN圖像的采集過程運用中斷方式來讀取數(shù)據(jù)，其中需要場中斷服務(wù)子程序和行中斷服務(wù)子程序順序進行來完成數(shù)據(jù)采集。下面來詳細介紹兩個中斷子程序：1．場中斷服務(wù)子程序場中斷服務(wù)流程如圖4.5所示。場中斷程序開始場中斷程序開始數(shù)據(jù)初始化，關(guān)閉行中斷分析保存上一幀數(shù)據(jù)圖像中值濾波圖像數(shù)據(jù)是否有效？圖像特征提取關(guān)閉場中斷，開啟行中斷結(jié)束子程序NY圖4.5場同步信號中斷服務(wù)子程序流程在程序開始時，將中斷標志清零，以防止再次重復(fù)相應(yīng)的這一個中斷。當新的一場到來時，ECT已經(jīng)將脈沖到來時刻時的計數(shù)器值送入了TC6寄存器里。初始化時，在標識位快速清零有效的情況下，只需要讀出TC6的值。然后，由于所需要的數(shù)據(jù)不是在這一幀的開始，因此在此期間關(guān)閉行中斷來對主場同步開始后獲取的數(shù)據(jù)進行算法處理。經(jīng)過一定時間后，電視信號已經(jīng)掃描到了采集位置，此時打開行脈沖信號的所在通道的中斷使能，準備采集行脈沖到來時的時間值。與此同時，在程序里而設(shè)定了一個行計數(shù)器，用于記錄當前所得到的行信息是在哪一幀里以及是開始采集以來的第幾行。在場同步信號的脈沖造成的中斷服務(wù)程序中，需要對此記數(shù)器做清零處理。為了保險起見，場中斷使能在采集到了足夠的數(shù)據(jù)以后才重新打開。B．行中斷子服務(wù)程序行中斷服務(wù)程序流程如圖4.6所示：行中斷程序開始行中斷程序開始取行同步脈沖時鐘信號行計數(shù)器加一所采集的數(shù)據(jù)個數(shù)是否以滿足行數(shù)？關(guān)閉行中斷子程序開啟場中斷子程序結(jié)束NY圖4.6行同步信號中斷服務(wù)子程序流程此時，ECT將脈沖到來時刻的系統(tǒng)主定時計數(shù)器值送到了TC4寄存器當中。當保存這個值，系統(tǒng)自動清除了行中斷標記。為了回避初期的信號毛刺，仍然需要暫時的關(guān)閉采集的中斷，在很短的一段時間過后再次打開。另外，在采集行信號計數(shù)器中做加一的處理，區(qū)別同一幀中不同行的信息。由于本設(shè)計并不需要采集圖像信號的全部，在場中斷服務(wù)程序中回避了一幀中前面的若干行以后，當行中斷服務(wù)程序中判斷當前行計數(shù)器值已經(jīng)超過了采集范圍，通過關(guān)閉行中斷使能來回避后而的若干行。最后，程序打開脈沖信號所在通道的使能，逐個采集脈沖。在處理算法主場同步開始后獲取的數(shù)據(jù)，經(jīng)關(guān)閉行中斷后，由PC機調(diào)用圖像處理算法，采用濾波、FFT、CFAR方法完成對上一幀圖像的處理和修改等等，處理子程序結(jié)束后等待對所處理的數(shù)據(jù)進行傳輸，具體流程如圖4.7所示。開始開始初始化設(shè)置處理模塊和寫入模塊設(shè)置參數(shù)等待中斷進行過濾、FFT處理完成CFAR處理求模是否進行CFAR處理？取特征值修改處理參數(shù)NY圖4.7數(shù)字圖像處理流程NN開始串口初始化行中斷是否關(guān)閉？打開串口數(shù)據(jù)處理發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令等待接收數(shù)據(jù)關(guān)閉串口結(jié)束Y圖4.8串口通信基本流程在數(shù)據(jù)傳輸至串行接口模塊時,首先需要串口初始化，約定下位單片機與上位PC機雙方的傳輸協(xié)議,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和安全性。然后打開串行接口，PC機發(fā)送讀取數(shù)據(jù)的命令，當確定行中斷關(guān)閉后，等待接收數(shù)據(jù)，再在PC機上進行數(shù)據(jù)處理，最后關(guān)閉串口，結(jié)束串口通信，其流程如圖4.8所示。串口初始化程序主要分為波特率和傳輸格式兩個部分,可分別設(shè)置SCI0BD和SCI0CR寄存器,同時PC機的串行接口必須設(shè)置相同的協(xié)議。經(jīng)S12單片機SCI發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)寄存器SCIDRH和SCIDRL中,對SCIDRL進行讀/寫就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。接收和發(fā)送數(shù)據(jù)取決于SCI0CR2寄存器RE,TE位的設(shè)置,當TE位為1時,發(fā)送;當RE位為1時,接收。SCI寄存器設(shè)置如下://初始化SCI0VoidSci00Open(void){SCI0BD=0x52;//設(shè)置波特率9600b/sSCI0CR1=0x00;//正常8位數(shù)據(jù)位,無校驗SCI0CR2_RE=1;//接收使能SCI0CR2_TE=1;//發(fā)送使能SCI0CR2_RIE=1;//接收中斷}//讀SCIunsignedcharSci0Read(){If(SCI0SR1_RDRF==1){SCI0SR1_RDRF=1;ReturnSCI0DRL;}}//SCIvoidSci0Write(unsignedcharchSend){SCI0SR1_TDRE=1;SCI0DRL=chSend;Delay(5);}interruptvoidSCI0_ISR(void){Unsignedcharch;ch=Sci0Read();PORTB=~ch;}4.3數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理(Digitalimageprocessing)又被稱為計算機圖像處理。它是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機對其進行處理的過程，以提高圖像的實用性，從而達到人們所要求的預(yù)期結(jié)果，換句話說，就是通過電子計算機處理二維圖像的過程，一幅數(shù)字圖像是一個具有有限個位數(shù)的實數(shù)陣列，首先將圖像數(shù)字化后保存在計算機內(nèi)存中，然后就可以進行處理或者顯示在高分辨率的顯示器上。早期的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)價格昂貴，并且運算速度很慢，隨著近期計算機的快速發(fā)展以及即插即用的圖像處理卡的出現(xiàn)，使用普通的計算機就可以完成相當復(fù)雜的圖像處理工作。數(shù)值圖像處理從處理目的來講可分兩大類：一是以人為對象，改善人的視覺效果；二是以機器為對象，突出圖像中目標物的某些特性。數(shù)字圖像處理具有以下優(yōu)點：1.再現(xiàn)性好。數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于，它不會因圖像的存儲、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。只要圖像在數(shù)字化時準確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過程始終能保持圖像的再現(xiàn)。2.處理精度高。按目前的技術(shù)，幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組，這主要取決于圖像數(shù)字化設(shè)備的能力。現(xiàn)代掃描儀可以把每個像素的灰度等級量化為16位甚至更高，這意味著圖像的數(shù)字化精度可以達到滿足任一應(yīng)用需求。對計算機而言，不論數(shù)組大小，也不論每個像素的位數(shù)多少，其處理程序幾乎是一樣的。換言之，從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實現(xiàn)的，只要在處理時改變程序中的數(shù)組參數(shù)便可以?；叵胍幌聢D像的模擬處理，為了要把處理精度提高一個數(shù)量級，就要大幅度地改進處理裝置，這在經(jīng)濟上極不合算。3.適用面寬。圖像來自多種信息源，可以源于可見光圖像，也可以是不可見的波譜圖像（例如X射線圖像、射線圖像、超聲波圖像或紅外圖像等）。從圖像反映的客觀實體尺度看，可以是小到電子的顯微鏡圖像，大到航空照片、遙感圖像甚至天文望遠鏡圖像等的一系列圖像。這些來自不同信息源的圖像只要被變換為數(shù)字編碼形式后，均是用二維數(shù)組表示的灰度圖像（彩色圖像也是由灰度圖像組合成的，例如RGB圖像由紅、綠、藍三個灰度圖像組合而成）組合而成，因而均可用計算機來處理。即只要針對不同的圖像信息源，采取相應(yīng)的圖像信息采集措施，圖像的數(shù)字處理方法適用于任何一種圖像。4.靈活性高。圖像處理大體上可分為圖像的像質(zhì)改善、圖像分析和圖像重建三大部分，每一部分均包含豐富的內(nèi)容。由于圖像的光學(xué)處理從原理上講只能進行線性運算，這極大地限制了光學(xué)圖像處理能實現(xiàn)的目標。而數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運算，而且能實現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達的一切運算均可用數(shù)字圖像處理實現(xiàn)。4.4數(shù)字圖像處理方法數(shù)字圖像處理方法有很多，比如說灰度化、二值化、假彩色化、顏色調(diào)整、負像、對比度/亮度調(diào)整、直方圖均衡化、平滑、銳化、低通/高通濾波、中值濾波和邊緣檢測等，下面討論幾種簡單的圖像處理方法：1.灰度化顏色可分為黑白和彩色。黑白顏色是指顏色中不包含任何的彩色成分，僅由黑色和白色組成。在RGB顏色模型中，如果R、G、B三者值相等，則顏色(R，G，B)表示一種黑白顏色，其中R與G相等的值叫灰度值，所以黑白顏色又叫做灰度顏色。彩色和灰度之間可以轉(zhuǎn)化，由彩色轉(zhuǎn)化為灰度的過程叫做灰度化處理?；叶然鞘共噬腞、G、B分量值相等的過程。由于R、G、B取值范圍是0-255，所以灰度的級別只有256級，即灰度圖像僅能表現(xiàn)256種顏色(灰度)。圖像灰度化操作函數(shù)為ToGray。2.二值化二值圖像(BinaryImage)是指整幅圖像僅有黑白二值的圖像。圖像的二值化就是圖像顯示的時候只能看到兩種顏色（經(jīng)常是黑白兩色）。圖像的二值化，一般都是在實現(xiàn)了圖像的灰度操作之后進行的。二值化的具體方法有很多，比較常用的是閾值判定法。3.負像所謂負像，就像相片的底片一樣，是這樣完成的:首先，得到圖像中某一像素的灰度值，然后用255減去灰度值，再賦值給該像素點，最后依次歷遍圖像中的所有點。4.中值濾波采用中值濾波優(yōu)點是在衰減圖像中隨機噪聲的同時，盡可能不使邊界模糊。實現(xiàn)方法是采用3×3的模板(Mask)，將模板內(nèi)的各點取出灰度值，并按大小排列，然后取中間的灰度值賦值給模板中間點，依次歷遍圖像中的所有點。以圖像二值化為例，對數(shù)字圖像進行處理，程序如下：voidDIB::Whiteblack(HANDLEHdib,unsignedn){LPBITMAPINFONEADERlpbi;LPBYTElpS;intwidth,height;longlOffset;WORDwBytesPerLine;if(!hDIB)return;wBytesPerLine=this->BytesPerLine(hDIB);lpbi=(LPBITMAPINFONEADER)GlobalLock(hDIB);width=lpbi->Width;height=lpbi->biHeight;lpS=(LPBYE)lpbi;lpS=lpS+si