【正文】 與一幅圖像的各部分的相似度判斷其是否存在，并求得對象在圖像中位置的操作就叫做 模板 匹配 [10]。 算法 寬度 連續(xù)性 光滑性 梯度算子 1 差 較差 Roberts 算子 1 較差 較差 Prewitt 算子 2 好 好 Sobel 算子 2 好 好 Kirsch 算子 2 好 好 Laplacian 算子 2 一般 較好 Marr 算子 4 較好 較好 本文算法 2 好 好 表 31 各算法檢測出的邊緣的寬度、連續(xù)性、光滑性 總結(jié)列表 中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 29 第 4 章 模板 匹配 數(shù)字圖像處理的最終目的是用計算機代替人去認識圖像和找出一幅圖像中人們感興 趣的目標。 其主要的不同點是：用各算法模板檢測出的邊緣的 光滑 性不同。 圖 對 圖像（ b）的各 算法 邊緣檢測效果圖 中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 27 針對 (c)圖像的算法評 價 之 邊緣的光滑性 邊緣的光滑性直接影響主觀視覺，后續(xù)處理的影響不大。從 圖 中，我們可以看出各個算法的檢測效果不盡相同。其中， 梯度算子、 Roberts 算子檢測出的邊緣寬度最窄； Prewitt 算子、 Sobel 算子、 Kirsch 算子、 Laplacian 算子以及本文 提出的算法次之； Marr 算子檢測出的邊緣寬度則 最 寬。 此例， 采用的是 一幅 簡單的人工合成圖，只是由一些 簡單的 直線和曲線組成。 仿真結(jié)果 為了驗證 上述各 算法的有效性， 現(xiàn) 采用 本文選用的三幅 圖像進行邊緣檢測，從邊緣的細化程度、邊緣的連續(xù)性和邊緣的光滑性三個方面 對各邊緣檢測算法進行算法評價，并 比較 本文 提出的基于 模板 的 邊緣 檢測算法與 各 傳統(tǒng)的 邊緣 檢測算法 的 檢測 效果 。 在此，需要說明的是有的算法濾波和增強在算法的實現(xiàn)過程中是同時進行的，例如：Marr 算法。 (3)制作 Sobel 算法的兩個 3 3 檢測模板。本文中的幾個邊緣檢測方法在 CCS中的實現(xiàn)大同小異，有的只是算法的 模板 大小的區(qū)別，下面以 Sobel 算法實現(xiàn)為例 進行說明 。從四個模板的結(jié)構(gòu)可以看出，噪聲的影響基本上被相應的抵消，不會對邊緣提取產(chǎn)生太大的影響，因此該算法具有較好的抗噪能力，克服了傳統(tǒng)的 邊緣檢測 僅考慮灰度突變 的局限。算法的具體實現(xiàn)步驟如下： 1) 設置四個 3 3模板如圖 所示 。因為傳統(tǒng)邊緣的定義為圖像中灰度的突變，所以這樣定義邊緣既失去了邊緣的部分信息，又把噪聲的影響包含在了邊緣中。 其常用的 模板 如圖 。 上式中 2h? 稱為高斯 拉普拉斯算子 ， 2h? 也稱為“墨西哥草帽”。 該算子 從生物視覺理論導出 。但有兩個缺點：其一是邊緣方向信息的丟失，常產(chǎn)生雙像素的邊緣；其二是它是二階差分， 對噪聲有雙倍加強作用。 | ( 1 , 1 ) 2 ( , 1 ) ( 1 , 1 ) ( 1 , 1 ) 2 ( , 1 ) ( 1 , 1 ) |yf f x y f x y f x y f x y f x y f x y? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 Sobel算子模板 圖 3 3 八方向 Kirsch 算子模板 中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 21 Laplacian 算子 Laplacian 算子是線性二階微分算子 [9]。 Kirsch 算子 方向算子利用一組模板分別計算圖像每一像素在不同方向上的差分值，取其中最大的值作為邊緣強度，而將與之對應的方向作為邊緣方向。 （ 313） （ 314） 其對應的 模板 如圖 ： Sobel 算子比較重視接近模板中心像素點，所以給其以比較大的權(quán)重。 采用 Prewitt 算子不僅能檢測邊緣點，而且 能抑制噪聲的影響。這使得它們對邊緣的走向有些敏感。 Roberts 算子與梯度算子檢測邊緣的方法類似，但效果 較梯度算子略好。 ( 1, ) ( , )xf f x y f x y? ? ?39。 顯然， 梯度 算子 是最原始、 最 基本的 檢測 方法。( , ) m a x ( | |, | |)xyg ra d x y f f?中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 18 對于階躍邊緣，在邊緣點處一 階 導數(shù)有極值，因此可計算每個像素處的梯度來檢測邊緣點。 ( , ) ( , )a r c ta n( / ) a r c ta n( / )yx f x y f x yff yx? ???? ??39。( , )( , ) ( , )xyf x yf xg ra d x yf x yfy??????? ????? ??????????39。 對于離散圖像處理而言，常用到梯度的大小，因此把梯度的大小習慣稱為“梯度” 。 定位 ： 確定邊緣所在的像素，如果要更加精確 地確定邊緣位置，也可以在子像素分辨率上來估計邊緣位置，邊緣的方向也可以被估計出來。 檢測：在圖像中有許多點的梯度幅值比較大，而這些點在特定的應用領域中并不都是邊緣，所以應該用某種方法來確定哪些點是邊緣點。增強算法可以將鄰域（或局部）強度值有顯著變化的點突顯出來。需要指出，大多數(shù)濾波器在降低噪聲的同時也導致了邊緣強度的損失，因此，增強邊緣和降低噪聲之間需要折衷。我們將邊緣定義為圖像中灰度發(fā)生急劇變化的區(qū)域邊界。 3． Link 的 cmd 文件的作用是什么？ cmd 文件由 3 部分組成： 1)輸入／輸出定義： .obj 文件：鏈接器要鏈接的目標文件 ， .lib 文件：鏈接器要鏈接的庫文件 ， .map 文件：鏈接器生成的交叉索引文件 ， .out 文件：鏈接器生成的可執(zhí)行代碼 ； 中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 15 2)MEMORY 命令：描述系統(tǒng)實際的硬件資源 ； 3)SECTIONS 命令：描述 “ 段 ” 如何定位 。 1． DSP 的 C語言同主機 C語言的主要區(qū)別？ 1)DSP 的 C語言是標準的 ANSI C，它不包括同外設聯(lián)系的擴展部分，如屏幕繪圖等。工程中包含 C語言源代碼、匯編語言源代碼、庫文件、鏈接文件、頭文件等等。 CCS 集成開發(fā)環(huán)境的功能 CCS 集成開發(fā)環(huán)境（ IDE） 支持從編輯、匯編、鏈接到調(diào)試 DSP 應用程序的整個開發(fā)過程。 CCS 的 系統(tǒng)配置 設置 CCS 工作在軟件仿真環(huán)境： (1)雙擊桌面上圖標： ， 進入 CCS 設置窗口 ； (2)在出現(xiàn)的 窗口中按標號順序進行如下設置 ，如圖 ： ①單擊清除 原先配置 ③單擊輸入 配置 ②單擊選擇 此配置 ④單擊完成 和保存設置 圖 CCS 系統(tǒng)配置框圖 中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 12 （ 3） 接著在下面出現(xiàn)的窗口中選擇“否 (N)”。 本文只采用軟件仿真器模式， 仿真 TMS320VC5509 器件 。 CCS 采用 Windows 風格界面，集成了代碼的編輯 、 編譯 、 鏈接和調(diào)試等諸多功能，而且支持 C/C++和匯編的混合編程。在 前 一 節(jié) 中 簡要的介紹了 一些 DSP的情況 ， 那么在 本 節(jié) 中將 著重介紹其軟件開發(fā)工具 CCS 的 概況 、 工作模式、 配置 、 開發(fā)流程 、功能 以及進行軟件開發(fā)時 需注意 的問題 等內(nèi)容。 C67xx 系列中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 10 是浮點的 DSP，用于需要高速浮點處理的領域。 C5000 系列是目前 TI DSP 的主流 DSP，它涵蓋了從低檔到中高檔的應用領域，目前也是用戶最多的系列 。 3. TMS320C5x 系列已不推薦使用，建議使用 C24x 或 C5000 系列替代。 其產(chǎn)品介紹如下： 1. TMS320C20xx 系列包括 C24x 和 C28x 系列。鏈接器的輸入是可重定位的 COFF 目標文件和目標庫文件，它也可以接受來自文檔管理器的目標文件以及鏈接以前運行時所產(chǎn)生的輸出模塊。 ● C 編譯器 (C piler)將 C語言源代碼自動地編譯成匯編語言源代碼程序。 DSP 芯片的開 發(fā)工具 DSP 芯片的開發(fā)需要一套完善的軟、硬件開發(fā)工具。 DSP 芯片 的 特點 DSP 芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器器，其主要應用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 20 世紀 60 年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應運而生并得到迅速的發(fā)展。 圖像分成兩大類，人工合成圖像和自然真實圖像。位圖的一個像素值所占的字節(jié)數(shù) ： 當 biBitCount=1 時， 1 個像素占 1/8個字節(jié) ； 當 biBitCount=4 時， 1 個像素占 1/2個字節(jié) ； 當 biBitCount=8 時， 1 個像素占 1 個字節(jié) ； 當 biBitCount=24 時 ,1 個像素占 3 個字節(jié) ； Windows 規(guī)定一個掃描行所占的字節(jié)數(shù)必須是 4的倍數(shù) (即以 long 為單位 ),不足的以 0 填充 。 其結(jié)構(gòu)定義如下 : typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize； // 本結(jié)構(gòu)所占用字節(jié)數(shù) (1417 字節(jié) ) 中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 6 LONG biWidth； // 位圖的寬度，以像素為單位 (1821字節(jié) ) LONG biHeight； // 位圖的高度，以像素為單位 (2225字節(jié) ) WORD biPlanes； // 目標 設備的級別，必須為 1(2627 字節(jié) ) WORD biBitCount； // 每像素所需的位數(shù)，必須是 1， 4， 8， 24(2829字節(jié) ) DWORD biCompression； // 位圖壓縮類型，必須是 0, 1 或 2 (3033 字節(jié) ) DWORD biSizeImage； // 位圖的大小，以字節(jié)為單位 (3437字節(jié) ) LONG biXPelsPerMeter； // 位圖水平分辨率，每米像素數(shù) (3841 字節(jié) ) LONG biYPelsPerMeter； // 位圖垂直分辨率，每米像素數(shù) (4245 字節(jié) ) DWORD biClrUsed； // 位圖實際使 用 顏色表中的顏色數(shù) (4649 字節(jié) ) DWORD biClrImportant； // 位圖顯示過程中重要的顏色數(shù) (5053 字節(jié) ) } BITMAPINFOHEADER； 4 顏色表 顏色表用于說明位圖中的顏色，它有若干個表項，每一個表項是一個 RGBQUAD 類型的結(jié)構(gòu)，定義一種顏色。 中國民航大學本科畢業(yè)設計論文 5 BMP 位圖的文 件結(jié)構(gòu) 典型的 BMP 圖像文件由四部分組成： 1． 位圖文件頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它包含 BMP 圖像文件的類型、 文件大小 等信息； 2． 位圖信息 頭 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 包含有 BMP 圖像的寬、高、壓縮方法，以及定義顏色等信息； 3． 調(diào)色 板，這個部分是可選的，有些位圖需要調(diào)色板，有些位圖 不需要調(diào)色板 ，比如真彩色圖（ 24 位的 BMP） ； 4． 位圖數(shù)據(jù)，這部分的內(nèi)容根據(jù) BMP 位圖使用的位數(shù)不同而不同 。 BMP 位圖概述 BMP 是一種 與硬件設備無關的圖像文件格式，使用非常廣。例如通過檢測圖像的邊緣， 可以實現(xiàn)車牌的定位，人臉的定位等，這為后繼的車牌識別和人臉識別提供了重要的參考依據(jù)。因此，正確、理想地檢測圖像的邊緣具有良好的應用前景 。邊緣檢 測的實質(zhì)是采用某種算法來提取出圖像中對象與背景間的交界線。邊緣的性質(zhì)是各種邊緣檢測算法產(chǎn)生的基礎。那么，對階躍邊緣和屋頂邊緣分別求取一階、二階導數(shù)就可以表示邊緣點的變化。 縱觀各資料庫， 有關 基于 DSP 實現(xiàn)的 圖像 邊緣檢測方面的文章 還比 較少 ，所以這一課題值得 進行分析研究 ，希望 本文可以 起到拋磚引玉的作用 。 近年來， DSP 技術(shù)的發(fā)展不斷將數(shù)字