【正文】 本概念 .................................................. 19I 摘 要 多 CCD 掃描儀廣泛應(yīng)用于印刷、科研、醫(yī)療等領(lǐng)域，是有著重要應(yīng)用的光機(jī) 電一體化設(shè)備。在我國(guó)高速發(fā)展的今天，很多行業(yè)要求對(duì)大幅面的資料進(jìn)行存檔， 因此對(duì)大幅面掃描儀的需求更是日益增加，同時(shí)促進(jìn)了對(duì)大幅面掃描儀的研發(fā)與 生產(chǎn)。大幅面掃描儀的主要工作是完成把圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)，之后再轉(zhuǎn) 換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。為了能夠掃描大幅面的圖像，一種有效的辦法 就是通過(guò)多個(gè)傳感器獲得圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行拼接，來(lái)完成大幅面掃描工作。 圖像的獲得是首先采用使用四塊相同型號(hào)的 CCD 進(jìn)行圖像采集然后通過(guò)圖像拼接 來(lái)完成的，在掃描過(guò)程中四塊 CCD 執(zhí)行異步掃描，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的過(guò)程。 本文的主要工作可以主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分工作。一，是硬件 方面的工作，在分析了大幅面掃描儀的工作原理和硬件系統(tǒng)及性能參數(shù)之后確定 了研制大幅面掃描儀的工作內(nèi)容和工作重心，首先根據(jù)參數(shù)進(jìn)行器件的選型，之 后完成掃描儀的硬件電路設(shè)計(jì)及 FPGA 時(shí)序設(shè)計(jì)方面的工作，包括對(duì)傳感器和數(shù) 模轉(zhuǎn) 換芯片的驅(qū)動(dòng)和配置，這一部分是影響圖像質(zhì)量的重要內(nèi)容，這一步奠定了 對(duì)提升圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)，完成模擬到計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，是實(shí)現(xiàn)大 幅面掃描的關(guān)鍵；二，是上層軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，首先介紹了該軟件的需求，功能模 塊的劃分，提出大幅面掃描儀軟件系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其次詳細(xì)介紹了掃描界 面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)論述了多線程并行數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)思路及處理大數(shù)據(jù)量圖 像時(shí)的內(nèi)存管理策略，這一部分的內(nèi)容直接關(guān)系到用戶對(duì)大幅面掃描儀的應(yīng)用體 驗(yàn)，也是實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。 最后，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的硬件及軟件的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，本文的設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn) 了采集系統(tǒng)的功能和較好的性能，達(dá)到了預(yù)期的采集速度和采集的圖像質(zhì)量，展 現(xiàn)了硬件及軟件的設(shè)計(jì) 。 關(guān)鍵詞：掃描儀 CCD 人機(jī)界面，多線程，內(nèi)存管理 2 這就引出一個(gè)要求，那就是研發(fā)人員對(duì)軟件架構(gòu)有一個(gè)透徹的了解，分析考慮如 何改善軟件生產(chǎn)率及降低軟件維護(hù)成本的軟件體系構(gòu)造問(wèn)題是刻不容緩的。一個(gè) CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 擁有良好構(gòu)架的軟件系統(tǒng)，通常由若干個(gè)模塊組成，并且這些模塊是可交互的且 能協(xié)同工作的。采用若干種的架構(gòu)模型是研發(fā)人員在進(jìn)行軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的一 般策略，由于缺少標(biāo)準(zhǔn)明朗的描述，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方式的共享。作為基于抽 象設(shè)計(jì)的軟件體系構(gòu)架很好的解決了復(fù)雜軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，并且讓研發(fā)人員 更好的理解了軟件系統(tǒng) [3] 。 研究的主要內(nèi)容 由于日益復(fù)雜的軟件系統(tǒng)的規(guī)模大型化和復(fù)雜化，作為一個(gè)系統(tǒng)的整體的結(jié) 構(gòu)和規(guī)格正越發(fā)變得重要。對(duì)于大型和復(fù)雜的軟件， 本文主要是論述基于多 CCD B0 大幅面文檔掃描儀軟件系統(tǒng)及硬件的體系結(jié) 構(gòu)。圍繞掃描儀驅(qū)動(dòng)程序軟件及硬件的設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)了解了很多關(guān)于的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn) 和領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展方向。 一個(gè)軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清 晰化了，對(duì)軟件的開(kāi)發(fā)是有很大幫助的。對(duì)于軟件的 結(jié)構(gòu)，基本上可以分為兩個(gè)階段，一，高層設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)軟件的結(jié)構(gòu)。二， 詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行界面，數(shù)據(jù)管理等設(shè)計(jì)。 論文的組織結(jié)構(gòu)及章節(jié)安排 本文首先對(duì)課題的背景做了一些概述，之后將介紹工作的概要，之后的其他 章節(jié)是對(duì)課題的詳盡闡述。 第二章掃描儀概述：介紹了掃描儀的發(fā)展現(xiàn)狀。敘述了掃描儀的原理、圖像 采集系統(tǒng)、一些重要的性能參數(shù)，以及現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)室掃描儀的性能參數(shù)。 第三章設(shè)計(jì)了 A/D 及 CCD 芯片的外圍電路，然后利用 VHDL 語(yǔ)言按照 A/D 和 CCD 驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求編寫(xiě)了驅(qū)動(dòng)模塊，完成了驅(qū)動(dòng) A/D 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能。 第四章首先敘述了軟件系統(tǒng)構(gòu)架的定義和重要性，提出大幅面掃描儀軟件系 統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即底層硬件、中間嵌入式層和上層驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)功能模塊 化的劃分，實(shí)現(xiàn)大幅面掃描儀的整體設(shè)計(jì)。之后是了解了應(yīng)用程序界面構(gòu)圖的十 項(xiàng)原則，從而提高界面的美感、藝術(shù)性以及實(shí)用性，對(duì)其他圖像處理軟件的功能 進(jìn)行對(duì)比，整理出大幅面掃描儀圖像處理軟件的 6 項(xiàng)基本要求，模塊化功能，通 V 硬件驅(qū)動(dòng)軟件系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) ....................................................................... 20 CCD 圖像傳感器驅(qū)動(dòng)軟件程序的實(shí)現(xiàn) ........................................................... 22 CCD 傳感器輸出特性 .................................................................................. 22 CCD 圖像傳感器驅(qū)動(dòng)程序 .......................................................................... 22 A/D 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ............................................................................ 26 WM8200 的寄存器配置 ............................................................................... 26 A/D 寄存器配置程序 ................................................................................... 28 WM8200 的采樣和輸出時(shí)序設(shè)計(jì) ............................................................... 30 A/D 采樣及輸出程序 ................................................................................... 32 FPGA 驅(qū)動(dòng) CCD 和 A/D 的采圖時(shí)序仿真 ................................................. 35 數(shù)據(jù)傳輸控制及 CAMERA LINK 驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì) ............................................. 35 數(shù)據(jù)傳輸控制模塊 ....................................................................................... 35 Camera link 驅(qū)動(dòng)模塊 .................................................................................. 49 本章小結(jié) ............................................................................................................ 52 第四章 大幅面掃描儀上位機(jī)軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ............................................ 53 功能需求與模塊劃分 ........................................................................................ 53 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) _碩士學(xué)位論文 大幅面掃描儀軟件系統(tǒng)的架構(gòu)及實(shí)現(xiàn) ............................................................ 54 軟件系統(tǒng)架構(gòu)的詮釋 ................................................................................... 54 軟件系統(tǒng)架構(gòu)的重要性 ............................................................................... 55 軟件部分總體設(shè)計(jì) ....................................................................................... 56 模塊設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 58 系統(tǒng)架構(gòu)的目標(biāo) ........................................................................................... 59 應(yīng)用程序界面的構(gòu)圖原則 ................................................................................ 60 掃描儀界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 ........................................................................................ 63 設(shè)置模塊 ....................................................................................................... 64 信息模塊 ....................................................................................................... 66 掃描儀軟件具體實(shí)現(xiàn)概述 ........................................................................... 66 基于 QT 的掃描儀用戶界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ...................................................... 68 Qt 概述 .......................................................................................................... 68 Qt 的特點(diǎn) ...................................................................................................... 69 掃描儀用戶界面的程序設(shè)計(jì) ....................................................................... 70 Qt 設(shè)計(jì)器 ................................................................................................. 703 過(guò)在 Visual C++上開(kāi)發(fā)，借助 Qt 界面設(shè)計(jì)軟件，完成了大幅面掃描儀的用戶界面。 最后主要描述通過(guò)采用內(nèi)存數(shù)據(jù)映射、高斯圖像金字塔的方法提高 CPU 的利用率、 降低物理內(nèi)存的利用率，解決了工程掃描儀獲取到的大多圖像所占內(nèi)存空間比較 大，在圖像處理過(guò)程中需要進(jìn)行大量的運(yùn)算和內(nèi)存的分配釋放等操作時(shí)存在的問(wèn) 題。 本章小結(jié) 本章介紹了研究多 CCD 圖像采集系統(tǒng)的意義及目前國(guó)內(nèi)外的進(jìn)展情況，并概 述了論文的組織結(jié)構(gòu)及章節(jié)安排。 VI 創(chuàng)建資源文件 ......................................................................................... 71 創(chuàng)建工程文件 ......................................................................................... 71 使用多繼承方式使用 UI 文件 .............................................................. 72 槽函數(shù)的定義和實(shí)現(xiàn) ............................................................................. 73 主程序?qū)崿F(xiàn) ............................................................................................. 75 軟件的內(nèi)存管理 ...........................