【正文】 投射經(jīng)過三色濾色鏡分解 成的紅綠藍(lán)光帶。 （ 6）信噪比：即信號和噪聲之比。 掃描儀性能參數(shù) 掃描儀的分辨率，顏色深度信噪比及掃描幅面是衡量掃描儀的重要參數(shù)。所以，光源的 選擇是很重要，需要選擇需要適合的類型和特征的光源， 由于掃描儀系統(tǒng)是線掃描，需要將光源均勻的打在待掃描紙張上，因白色高 頻熒光燈避免色偏應(yīng)，因此 選做光源。 光源 因?yàn)?，光源可以影響圖像的質(zhì)量，為了將物與背景進(jìn)行區(qū)別，需要明亮、穩(wěn) 定、均勻的光源。系統(tǒng) 作為一個(gè)整體，規(guī)格和結(jié)構(gòu)，越發(fā)顯得重要。 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 [2] 。其中 Contex 公司的產(chǎn)品在全球市場的占有率超過 80%， 其產(chǎn)品主要特點(diǎn)有：超大幅面圖紙掃描復(fù)制、－ 30 cm/s 黑白掃描速度， cm/s 彩色掃描速度、 600dpi 超高光學(xué)分辨率，先進(jìn) 48 位 CCD 鏡頭，符合 Energy Saver 和歐洲 RoHS 標(biāo)準(zhǔn) [1] 。 圖 22 大幅面掃描儀光電系統(tǒng)成像示意圖 1 第一章 引言 課題的來源及其意義 如果要想將照片，圖紙，文稿等實(shí)物數(shù)字化，變成計(jì)算機(jī)可以顯示、編輯、 存貯的格式，那么，就需要這樣一 種數(shù)字化的輸入設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，它就是掃描儀。 掃描儀是有光學(xué)部件、機(jī)械傳動(dòng)部件和信號轉(zhuǎn)換電路三個(gè)主要部分組成。 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。 第三章設(shè)計(jì)了 A/D 及 CCD 芯片的外圍電路，然后利用 VHDL 語言按照 A/D 和 CCD 驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求編寫了驅(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。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)。對于大型和復(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)。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。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 對提升圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)，完成模擬到計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號的轉(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)系到用戶對大幅面掃描儀的應(yīng)用體 驗(yàn)，也是實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。大幅面掃描儀的主要工作是完成把圖像的光信號轉(zhuǎn)換模擬信號，之后再轉(zhuǎn) 換成計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)字信號。s working principle and hardware system39。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 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 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 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 III implement. 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 Final, the test of the system39。s work. The scanner use four same type CCD to capture the images then splice them into one. While the four CCDs scan asynchronously to acplish the photoelectric conversion in the process. The main work of this paper can be divided into two parts, hardware and software design. The first part is the hardware work, after analyzing the large format scanner39。在我國高速發(fā)展的今天，很多行業(yè)要求對大幅面的資料進(jìn)行存檔， 因此對大幅面掃描儀的需求更是日益增加，同時(shí)促進(jìn)了對大幅面掃描儀的研發(fā)與 生產(chǎn)。 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。 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)造問題是刻不容緩的。 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)。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)。 最后主要描述通過采用內(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 題。平板式掃描儀的物理結(jié)構(gòu)與工作原理如圖 21 所示 [4] 。 圖 21 掃描儀物理結(jié)構(gòu)與工作原理 采用 CCD 和鏡頭的大幅面掃描儀成像原理如圖 12 所示 [4] 。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 目前國外研究大幅面工程掃描儀的主要機(jī)構(gòu)主要包括 Contex 公司、 ANAech 公司和 Colortrac 公司等。同時(shí)，因?yàn)槠鋾?huì)生成大量的數(shù)據(jù)，所以要求高的計(jì)算速度，但與之響應(yīng) 的軟件卻不多，所以，在軍事，船舶工業(yè)及飛機(jī)等制造領(lǐng)域形成了很大的市場需 求。 軟件系統(tǒng)的復(fù)雜度和規(guī)模隨著時(shí)間的推移規(guī)模越來越復(fù)雜，越來越大。 線掃描的掃描儀用運(yùn)動(dòng)的方式取得面積圖像，即被測物運(yùn)動(dòng)到相機(jī)視場，通 過硬件發(fā)送觸發(fā)信號采集。然而，除了相關(guān) 和非透明體的反射光的頻譜有關(guān)外，與入射的光的頻譜也有關(guān)系。 圖 23 掃描儀光學(xué)部分結(jié)構(gòu)圖 6 光學(xué)系統(tǒng)對成像質(zhì)量的影響因素 不穩(wěn)定的光源性會(huì)能使圖像的色彩產(chǎn)生偏差，而且閃爍還會(huì)使圖像出現(xiàn)忽明忽 暗的現(xiàn)象；另外，光線通過鏡頭后， CCD 中心地區(qū)的感光最好，外緣感光差 ,造成 圖像亮度不均的情況 [5] 。 （ 4）掃描幅面：是指掃描儀一次可以掃描多大尺寸的被掃介質(zhì)。 （ 2）首先啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序，之后在內(nèi)部的控制電路的控制下帶動(dòng)裝著光學(xué)系統(tǒng) 和 CCD 的掃描頭與圖稿以相對運(yùn)動(dòng)的方式來完成掃描。此時(shí)，圖像的光信號已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì) 算機(jī)能識別二進(jìn) 制信號。 8 產(chǎn)品主要功能 （ 1）高清地圖、工程圖紙等紙質(zhì)文檔； 文檔信息直接存入硬盤，適于高保密性專業(yè)文檔掃描； （ 2）通過調(diào)節(jié)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)高度至合適位置（有效保證進(jìn)紙滾輪與掃描檔摩擦）， 可以掃描 PCB 板、液晶板等平板材料； 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 （ 3）高清掃描（三線 CCD 光學(xué)分辨率 600dpi），高圖像壓縮比達(dá)到資料保 存的目的； （ 4）工程藍(lán)圖掃描生成黑白圖像，減少藍(lán)圖對人眼視覺造成傷害； （ 5）工程圖紙轉(zhuǎn) SVG 格式。本章將先對 FPGA 的基礎(chǔ)進(jìn)行簡單介紹，然后完成總體方 案的設(shè)計(jì) [9] 。 CCD 接口電路示意圖如圖 31 所示。它具有高速 率、高精度、低功耗等特性，在 CCD 和 CCD 等圖像處理領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用 [] 。輸出數(shù)據(jù)位寬可以選擇 8 位兩次輸出、 8 位單 次輸出或者 4 位多次輸出模式。 A/DC 轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓由芯片內(nèi)部提供，以 確保優(yōu)異的轉(zhuǎn)換 性能。圖 32 是 WM8200 的內(nèi)部原理框圖。電源配置端口 用去耦電容對電源作了處理，減小了電源中的紋波；在時(shí)鐘輸入端為了減少時(shí)鐘 的振鈴效應(yīng)，加入了一個(gè)阻值較小的電阻；在鉗位電壓輸入端口設(shè)計(jì)了一個(gè)可選 的電阻，可配置為使用外部鉗位電壓或者內(nèi)部鉗位電壓；將 RINP、 GINP、 BINP 等連接至 CCD 的輸出引腳；將 SEN、 SDI、 SCK 控制引腳連接至 FPGA 的輸出 引 腳；將 OP[7]~OP[0]連接到 FPGA 的輸入引腳。 邏輯單元陣列 LCA（ Logic CellArray）是 FPGA 核心概念，內(nèi)部包括輸出輸入 模塊 IOB（ Input Output Block）、可配置邏輯模塊 CLB（ Configurable Logic Block） 和內(nèi)部連線（ Interconnect）三個(gè)部分 [1214] 。 在設(shè)計(jì)外圍電路是要根據(jù)信號要求，合理安排各種接口的外圍元件配置和空 間位置。如 圖 38 所示在 Xilinx 公司的 FPGA 器件中， CLB 由多個(gè)相同的 Slice 和附加邏輯構(gòu) 成。 17 圖 39 典型的 4 輸入 Slice 結(jié)構(gòu)示意圖 (3) 數(shù)字時(shí)鐘管理模塊（ DCM） 現(xiàn)在的 FPGA 內(nèi)都集成了能進(jìn)行精準(zhǔn)的時(shí)鐘的綜合的時(shí)鐘管理模塊。這一特性在路由的地址交換器中 得到有廣泛的應(yīng)用。 (5) 豐富的布線資源 FPGA 內(nèi)部的所有單元依靠布線資源連通，信號在連線上的驅(qū)動(dòng)能力和傳輸速 度是由連線的長度和工藝決定的。內(nèi)嵌功能模塊主要指 DLL、 PLL（ DLL 和 PLL 在倍頻和分頻是時(shí)高精度、抖動(dòng)低并能控制占空比和調(diào)整移相等）、 DSP 和 CPU 等軟處理核（ Soft Core）。集成了達(dá)到數(shù)十 Gbps 的收發(fā)速度通信總線與接 口標(biāo)準(zhǔn)的串并收 發(fā)器（ SERDES）。換句話說，通過使用 FPGA，設(shè)計(jì)人員可以有效地利用每一分鐘進(jìn)行開發(fā)。 FPGA 芯片結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 目前主流的 FPGA，已經(jīng)在性能方面有了很大的改進(jìn)并超過了以前的版本，但 依舊基于查找表技術(shù)，但整合了常用的硬核模，比如（如 RAM、時(shí)鐘管理和 DSP） 的塊。 外部信號既可以通過 IOB 模塊的存儲單元輸入到 FPGA 的內(nèi)部，也能不用通過 IOB 直接輸入 FPGA 內(nèi)部，如圖 37 所示。 20 計(jì)思想。圖 312 是自頂向下的設(shè)計(jì) 流程圖 [2223] 。數(shù)據(jù)由 CCD 輸出的模擬信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號，之后，經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行乒乓操作緩存，最后，經(jīng)過 camera link 模塊的驅(qū)動(dòng)，把數(shù)據(jù)送至上位機(jī)的圖像采集卡，如圖 313 所示。 4） Camera link 驅(qū)動(dòng)：把由數(shù)據(jù)傳輸模塊來的數(shù)據(jù)，按照 camera link 的協(xié)議傳 至上位機(jī)。通過對系統(tǒng)的分析，概括出了以下功能模塊，如 311 圖所示。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 自頂向下（ TopDown）設(shè)計(jì)的基本概念 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 傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法都是自底向上的，即首先確定要用元器件，之進(jìn)行相應(yīng) 邏輯的設(shè)計(jì)，把器件連接起來，完成需要的系統(tǒng)，這一過程被稱為自底向上的設(shè) 硬件驅(qū)動(dòng)軟件 模件驅(qū)動(dòng)器塊 輸傳 制模塊控 器能寄存功配置模塊 23 reg[7:0] count_t2_ccd。 reg[3:0] count_t6_ccd。 reg[19:0] count_linepixel。b1100000。b0101。b0011。b0010。 parameter s0_ccd=439。 parameter s2_ccd=439。 parameter s4_ccd=439。 parameter s6_ccd=439。 parameter s8_ccd=439。24 //1st always block, sequential state transition always (posedge clk_ccd or negedge rst_ccd) begin if (!rst_ccd) cs_ccd=s0_ccd。 else ns_ccd=s1_ccd。 else ns_ccd=s3_ccd。 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 else ns_ccd=s5_