【正文】 導思想。與此同時，圖像處理技術(shù)在許多應用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開拓性成就，屬于這些領(lǐng)域的有航空航天、生物醫(yī)學工程、工業(yè)檢測、機器人視覺、公安司法、軍事制導、文化藝術(shù)等，使圖像處理成為一門引人注目、前景遠大的新型學科。圖像處理中，輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強、復原、編碼、壓縮等。數(shù)字圖像處理最早出現(xiàn)于 20 世紀 50 年代，當時的電子計算機己經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開始利用計算機來處理圖形和圖像信息，從這時候起，圖像分割作為一門圖像處理的子學科開始形成了。圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。首次獲得實際成功應用的是美國噴氣推進實驗室（ JPL）對航天探測器徘徊者 7 號在 1964 年發(fā)回的幾千張月球照片使用了圖像處理技術(shù)，由計算機成功地繪制出月球表面地圖，獲得了巨大的成功。隨著圖像處理技術(shù)的深入發(fā)展，從 70 年代中期開始，隨著計算機技術(shù)和人工智能、思維科學研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進展，但它本身是一個比較難的研究領(lǐng)域，存在不少困難，因人類本身對自己的視覺過程還了解甚少，因此計算機視覺是一個有待人們進一步探索的新領(lǐng)域。采用專用處理器和并行結(jié)構(gòu) …………………… 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 59 頁 第 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 來加速數(shù)字圖像的處理，成為目前數(shù)字圖像處理機發(fā)展的主流。對所有的像素具有兩個屬性：位置和灰度。通常情況下，在一幅圖像中，從最亮的白色到最暗的黑色之間分成 256 級灰度，用 0表示黑色，用 255 表示白色。由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算精度和計算的正確性勿庸置疑；另外，對同一圖像用相同的方法處理多次，也可得到完全相同的效果，具有良好的再現(xiàn)性。 （ 4） 圖像數(shù)據(jù)量龐大 一幅數(shù)字圖像是由圖像矩陣中的像素（ Pixel）組成的，通常每個像素用紅、 綠、 藍三種顏色表示， 每種顏色用 8 bit 表示灰度級。如果精度及分辨率再 …………………… 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 59 頁 第 3 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 提高，所需處理時間將大幅度增加。 本課題研究的意義和實用前 景 在日常生活中，圖像是人類獲取和交換信息的主要來源，人類隨時隨地都在進行視覺處理，尤其在信息社會，通過計算機實現(xiàn)視覺信息處理的自動化過程，具有廣闊的應用背景和重要的使用價值。 近年來，隨著工業(yè) 生產(chǎn) 等 領(lǐng)域 技術(shù) 的 飛速發(fā)展，對圖像處理的高速、實時化需要有了更高的要求 ，早期 的通用計算機處理方法和微處理器處理方法已經(jīng)不能滿足圖像處理的實際 需要。許多 以DSP 系統(tǒng)架構(gòu)，用于圖像處理 的 儀器，越來越多的應用 于 工業(yè)生產(chǎn)、 社會服務(wù)等各個領(lǐng)域 ， 如智能機器人的視覺識別、醫(yī)療設(shè)備上的心電圖檢測、數(shù)字高清晰電視的圖像處理、數(shù)字相機芯片 等等。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求， DSP 芯片一般具有如下一些主要特點 : 1)在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。 5)快速的中斷處理和硬件 I/O 支持。 DSP 芯片的發(fā)展 世界上第一個單片 DSP 芯片是 1978 年 AMI公司宣布的 S2811， 1979 年 Intel公司宣布的商用的可編程器件 2920 是 DSP 芯片的一個主要里程碑。這種 DSP 器件采用微米工藝、 NMOS 技術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比 MPU（微處理器）快幾十倍，尤其在語音合成和編解碼器中得到了廣泛的應用。現(xiàn)在的 DSP屬于第五代產(chǎn)品，它與第四代相比，系統(tǒng)集成度更高，將 DSP 芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。迄今為止，生產(chǎn) DSP 的公司有 80 多家，主要廠家有 TI 公司、 AD 公司、 Lucent 公司、 Motorola公司和 LSI Logic 公司。目前全球有數(shù)百家 TI 公司的第三方，但國內(nèi)的 DSP 應用開發(fā)情況差距很大。它具有一個先進的修正哈佛結(jié)構(gòu)（ 1 條程序總線、 3 條數(shù)據(jù)總線和 4 條地址總線）、專門硬件邏輯的CPU、片內(nèi)存儲器、片內(nèi)外設(shè)和專用的指令集，將 C54X CPU和片內(nèi)存儲器與外設(shè)配置組合在一起的螺旋結(jié)構(gòu)，使得可以滿足電子市場眾多領(lǐng)域的應用要求。 3)為快速算法而設(shè)計的高度專用 指令系統(tǒng)，以及優(yōu)化的高級語言開發(fā)系統(tǒng)； 4)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè) 計； 5)高性能和低功耗的先進 IC 工藝技術(shù)； 6)新的靜電設(shè)計結(jié)構(gòu)而獲得低功耗和增強的抗輻射能力。其中 CB和 DB從數(shù)據(jù)存儲器讀出 數(shù)據(jù)， EB傳送寫入數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)。 中央處理器 (CPU) C54X 芯片的 CPU 包括 1 個 40 位的算術(shù)邏輯單元 (ALU),2 個 40 位的累加器(ACCA 和 ACCB),1個 40 位的桶形移位寄存器 ,17*17 位乘法器 (MAC),40 位加法器(ADD),比較選擇和存儲單元 (CSSU),指數(shù)編碼器 ,各種 CPU 寄存器 (是由存儲器映射的 ,能 快速恢復和保存 )。 2)累加器 累加器 ACCA 和 ACCB 存放從 ALU 或乘法器 /加法器單元輸出的數(shù)據(jù)，累加器也能將數(shù)據(jù)輸出到 ALU 或乘法器 /加法器中。所移的位數(shù)有 ST1 中的移位數(shù)域(ASM)或被指定的作為移位數(shù)寄存器的暫存器決定。 7） CPU 狀態(tài)和控 制寄存器 C54X 有 3 個 16 位 狀態(tài)和控制寄存器，分別為狀態(tài)寄存器 ST0， ST1 和處理方式狀態(tài)寄存器 PMST， ST0 和 ST1 反映尋址要求和各種 狀態(tài) 設(shè)置、 I/O 及中斷控制 ， PMST 主要設(shè)定并控制處理器的工作方式， 反映處理器的工作狀態(tài) 。 C54X可通過設(shè)備存儲器安全選項來屏蔽片上存儲器，當指定該選項后，來自外部的指令無法訪問內(nèi)部存儲器空間，以確保數(shù)據(jù)的安全。 這些存 儲器 映射寄存器 主要有： 1)輔助寄存器 (AROAR7) 保留（ O V L Y ＝ 1 ）或外部（ O V L Y ＝ 0 ）保留（ O V L Y ＝ 1 ）或外部（ O V L Y ＝ 0 ）內(nèi)存映象存儲器程序空間 程序空間 數(shù)據(jù)空間地址 地址 地址暫時存儲器0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 5 F0 0 6 00 0 7 F 0 0 7 F 0 0 7 F片內(nèi) D A RA M （ O V L Y ＝ 1 ）或片外（ O V L Y ＝ 0 ）片內(nèi) D A RA M （ O V L Y ＝ 1 ）或片外（ O V L Y ＝ 0 ）片內(nèi) D A RA M8K 字片內(nèi) S A RA M （ O V L Y ＝ 1 ）或片外（ O V L Y ＝ 0 ）片內(nèi) S A RA M （ O V L Y ＝ 1 ）或片外（ O V L Y ＝ 0 ）外 部外 部片內(nèi) RO M16K 字片內(nèi) S A RA M24K 字外 部片內(nèi) RO M （ D R O M ＝ 1 ）或片外 RO M （ D R O M ＝ 0 ）中斷和保留區(qū)（片外） 中斷和保留區(qū)（片內(nèi)）保留（ D R O M ＝ 1 ）或外部（ D R O M ＝ 0 ）M P / M C ＝1微處理器方式M P / M C ＝0微機方式0 0 8 01 F F F2 0 0 07 F F F8 0 0 0F F 7 FF F F F0 0 8 01 F F F2 0 0 07 F F F8 0 0 0B F F FC 0 0 0F E F FF F 0 0F F F F0 0 8 01 F F F2 0 0 07 F F F8 0 0 0B F F FC 0 0 0F E F FF F 0 0F F F F …………………… 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 59 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 8個 l6bit 的輔助寄存器 (AROAR7)能被 CALU 訪問，也能被輔助寄存器算術(shù)單元 (ARAU)修改。 3)過渡寄存器 (TRN) TRN 是一個 16bit 的寄存器，為計算新的測量值存放中間結(jié)果，以完成Viterbi 算法。中斷、調(diào)用、返回和 PUSHD, PUSHM, POPD 以及 POPM 等指令都要進行堆棧處理。 6)塊循環(huán)寄存器 (BRC, RSA, REA) 塊循環(huán)計數(shù)器 (BRC)是在循環(huán)時確定一塊代碼所需循環(huán)的次數(shù)。中斷標志寄存器 (IFR)用來指明各個中斷的當前狀態(tài)。前兩種 …………………… 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 59 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 是通過電路實現(xiàn)的復位，后一種是通過指令方式實 現(xiàn)的復位。從 20 世紀的 50 年代起，人們就開始了對圖像分割方法的研究，提出了一系列圖像分割方法。 圖像分割的規(guī)范化定義 多年來人們對圖像分割提出了不同的解釋和表述，借助集合概念對圖像分割可給出如下的定義： 令集合 R 代表整個圖像區(qū)域，對 R的 分割可看作將 R分成 N個滿足以下五個條件的非空子集 (子區(qū)域 ) 1R ， 2R ， ?? ， NR ： (1) ? RRi? 。條件 1指出在對一副圖像的分割結(jié)果中，全部子區(qū)域的總和 (并集 )應能包括圖像中所有 像 素 (就是原圖像 )，或者說分割應將圖像中的每 個 像 素 都分進某個子區(qū)域中。條件 5 要求分割結(jié)果中同一個子區(qū)域內(nèi)的 像 素 應該是連通的，即同一個子區(qū)域的任兩個 像 素 在該子區(qū)域內(nèi)互相連通，或者說分割得到的區(qū)域是一個連通組元。邊緣廣泛的存在于物體與背景之間、物體與物體之間。在串行邊緣檢測技術(shù)中，當前 像 素 點是否屬于檢測的邊緣，取決于先前 像 素 的驗證結(jié)果 。對于實際有噪聲點的圖像，僅用微分算子檢測出的邊緣點并不能 組成封閉的邊界而將目標從背景中分離出來。過去，人們?yōu)閳D像灰度閾值的自動選擇付出了巨大的努力，提出了很多方法。區(qū)域生長的基本思想是將具有相似性質(zhì)的 像 素 集合起來構(gòu)成區(qū)域。所以區(qū)域生長是從單個種子 像 素 開始，通過不斷接納新 像 素得到整個區(qū)域。同時，區(qū)域生長方式也對噪 聲敏感，導致抽取出的區(qū)域有空洞，而且往往會造成過度分割，即將圖像分割成過多的區(qū)域。人們往往將基于區(qū)域信息的方法與別的方法，主要是邊緣檢測的方法結(jié)合起來，研究結(jié)合區(qū)域與邊界信息的方法。(2)最大類間方差法 :(3)最小誤差法與均勻化誤差法 。(7)簡單統(tǒng)計與局部統(tǒng)計法 。按閾值的作用范圍分成全局閾值化和局部閾值化兩種，全局 閾值化采用同一組閾值系列作用于整幅圖像，即各像素的閾值相同，因而算法簡單快速，但抗噪能力差，對目標和背景內(nèi)灰度變化大的圖像分割效果差，對灰度交迭圖像則完全失效。因為 閾值 分割一般基于圖像的灰度特征，所以也稱為灰度 閾值 化分割，其定義如下 : 閾值 化分割包括全局 閾值 化分割和局部 閾值 化分割，是指這樣一種從灰度圖像 F 到多值圖像 G 的過程 : g(x,y) = ??????