【正文】 化 ................................................................................ 27 圖像分割 ............................................................................................... 27 簡單邊緣檢測算子 .................................................................... 27 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 II 頁 共 II 頁 圖像描述和圖像識別 ........................................................................... 28 第三章 需 求分析 ................................................................................................ 28 系統(tǒng)需求分析 ....................................................................................... 28 可行性分析 ........................................................................................... 28 系統(tǒng)功能分析 ....................................................................................... 29 第四章 概要設(shè)計(jì) ................................................................................................ 29 圖像采集 ............................................................................................... 30 圖像存儲 ............................................................................................... 31 圖像處理（ image processing） ........................................................... 31 圖像顯示 ............................................................................................... 32 網(wǎng)絡(luò)通訊 ............................................................................................... 32 第五章 詳細(xì)設(shè)計(jì) ................................................................................................ 32 Linux 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建 ...................................................................... 33 啟動引導(dǎo)程序的移植 ................................................................ 33 Linux 內(nèi)核移植 ........................................................................... 33 根文件系統(tǒng)的移植 .................................................................... 34 圖像處理功能的實(shí)現(xiàn) ........................................................................... 34 彩色圖像的灰度化 .................................................................... 34 灰度圖的直方圖均衡化增強(qiáng) .................................................... 35 圖像二值化 ................................................................................ 35 邊緣檢測 .................................................................................... 36 第六章 調(diào)試與維護(hù) ............................................................................................ 36 附錄 A ................................................................................................................. 37 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 43 致 謝 ...................................................................................................................... 44 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 45 頁 第一章 緒論 數(shù)字圖像處理概述 數(shù)字圖像處理 (Digital Image Processing)又稱為計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)對其進(jìn)行處理的過程。 1972 年英國 EMI公司工程師 Housfield 發(fā)明了用于頭顱診斷的 X 射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置 ，簡稱CT（ Computer Tomograph）。 圖 像 特 征（ 基 元 圖 ）2 . 5 維 圖（ i n t r i n s i c 圖 像 ）三 維 模 型從立體圖從圖像序列從陰影至形狀從紋理至形狀從x至形狀 圖 一 1 基于 Marr 視覺計(jì)算理論的方框圖 Marr 視覺計(jì)算理論主要涉及描述三維物體的幾何表示問題。在以物體為中心的坐標(biāo)系中，描述了三維物體的形狀和它們在空間的結(jié)構(gòu)基元是體積的或表面面積的基元。這些成果不僅推動了計(jì)算智能信息處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，而且給數(shù)字 圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺開辟了不少新的研究領(lǐng)域。 2）圖像編碼壓縮 圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描 述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特?cái)?shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時間和減少存儲器容量。圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，包括圖像中物體的邊緣、區(qū)域等， 這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識別、分析和理解的基礎(chǔ)。 6）圖像分類（識別） 圖像分類（識別）屬于模式識別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預(yù)處理（增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類。 X 射線照片一般用 64KB256KB 的數(shù)據(jù)量，一幅遙感圖像 3240x2340x4≈ 30MB 的數(shù)據(jù)量。圖像信息論也屬于信息論科學(xué)中的一個分支。 （ 7）再現(xiàn)性好。數(shù)字圖像中各個像素是不獨(dú)立的，其相關(guān)性大。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上，技術(shù)難度較大，成本高。 （ 5）圖像、圖形相結(jié)合朝著三維成像或多維成 像的方向發(fā)展 （ 6）新理論與新算法研究 .近年來在圖像處理領(lǐng)域引入了一些新的理論并提出了一些新的算法，如 :Wavelet、 Fractal、 Morphology、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度發(fā)展到今天，已為虛擬現(xiàn)實(shí)提供了可能。第五章進(jìn)行系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，包括硬件電路的設(shè)計(jì)與軟件程序的編寫。那么 ，人是如何轉(zhuǎn)動眼球使視線移動 ，從而適應(yīng)大的畫面和立體景象的呢？人眼中心視力分辨率強(qiáng)，可以進(jìn)行圖像細(xì)節(jié)的認(rèn)識，但只能認(rèn)識圖像的一小部分；而周邊視力分辨率差，但可以認(rèn)識圖像的全貌， 而且可以將所視目標(biāo)特征部分檢出，利用檢出的目標(biāo)圖像中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 45 頁 特征去控制眼球運(yùn)動，必要時可以再用中心視力來進(jìn)一步認(rèn)識這一部分圖像。圖中所有的中心方塊都有相同的光強(qiáng)度，但在人的視覺感覺就不同，這種與背景光強(qiáng)度有關(guān)的視覺主觀感覺稱為同時對比效應(yīng)。 圖像在空間上的離散化 成為采樣，其約束條件是：由采樣點(diǎn)，通過某種方法可以正確的重建原圖像。 （ 2）內(nèi)部干擾一般可分為四種：由光和電的基本性質(zhì)所引起的噪聲、電器的機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生的噪聲、元器件材料本身引起的噪聲、系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備電路所引起的噪聲。目前對圖像質(zhì)量評價往往還是采用主觀保真度準(zhǔn)則，它是由一批圖像評價專家按主觀感覺來定性地評價圖像質(zhì)量 [5]。對于數(shù)字圖像處理來說， 128 種不同的色調(diào)和 8 種不同的色飽和度， 16 種明暗級基本上可滿足應(yīng)用需求。同時，不同研究者所用的三基色和標(biāo)準(zhǔn)白色不同，使得研究結(jié)果很難比較。 如果直接應(yīng)用卷積和相關(guān)運(yùn)算在時域 中處理，計(jì)算量將隨著取樣點(diǎn)數(shù) N 的平方而增加，這使計(jì)算機(jī)的計(jì)算量加大，費(fèi)時，很難達(dá)到實(shí)時處理的要求。要知道，這里是準(zhǔn)確值而不是近似值。 式中： ； 。再將 沿每一列在進(jìn)行一次一維傅里葉變換，就可得二維傅里葉變換 ，即 這說明二維傅里葉變換 可以 先沿行后沿列分離為兩個一維變換的 過程，顯然改為先沿列后沿行分離為兩個一維變換，其結(jié)果是一樣的，公式略。 （ 4）周期性和共軛對稱性 離散傅里葉變換和反變換具有周期性和共 軛對稱性。在極坐標(biāo)系中，存在以下變換對 此式表明，如果 在空域旋轉(zhuǎn) 角度后，相應(yīng)的傅里葉變換 在頻域中也旋轉(zhuǎn)同一 角；反之亦然。離散 和連續(xù)情況的相關(guān) 定理都可表示為： 傅里葉變換雖然有很多有用的性質(zhì)，也獲得了很廣泛的應(yīng)用，但它有兩個明顯的缺點(diǎn)。而中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 共 45 頁 且沃爾什變換核不是 +1 就是 1，因此，沃爾什變換本質(zhì)上是將離散序列 各項(xiàng)值的符號按一定規(guī)律改變，進(jìn)行加減運(yùn)算，因此，比采用復(fù)數(shù)運(yùn)算的 DFT 要簡單得多。 式中： ； 。 數(shù)字圖像變換還可以 用矩陣來表示，以便應(yīng)用矩陣運(yùn)算的很多性質(zhì)，這里就不再詳述 [10]。 在某些情況下，為了將圖像灰度級整個范圍 或其中某一段擴(kuò)展或壓中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 25 頁 共 45 頁 縮到記錄器件輸入灰度級動態(tài)范圍 之內(nèi)，以便充分利用記錄器件灰度級動態(tài)范圍，記錄顯示出圖像中所需的圖像細(xì)節(jié)，往往采用灰度變換方法。為增強(qiáng)低灰度 級像素，壓制高灰度級像素，通常用對數(shù)變換方法進(jìn)中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 26 頁 共 45 頁 行調(diào)整灰度級的動態(tài)。自然景物的圖像是由兩個分量乘積所組成，即照明 度圖型和反射度圖型，或稱照明函數(shù)和反射函數(shù)。 銳化大致有兩種方法：微分法和高通濾波法。但由于梯度運(yùn)算比較復(fù)雜，有時可以采用一些近似運(yùn)算，以獲得既能滿足要 求又使運(yùn)算簡單的方法。 就現(xiàn)在的 ARM 芯片發(fā)展而言，完全可以將這樣 的功能移植到嵌入式設(shè)備上，我們無需擔(dān)心其處理能力。掃描儀掃描圖像的方式大致有三種：以光電耦合器（ CCD）為光電元件的掃描、以接觸式圖像傳感器 CIS（或 LIDE）為光電轉(zhuǎn)換元件的掃描、以光電倍增管（ PMT）為光電轉(zhuǎn)換元件的掃描。一開始 CCD 的性能要好于 CMOS，但現(xiàn)在隨著技術(shù)的改進(jìn)，兩者的差距也在逐漸縮小。由 于圖像信息的數(shù)據(jù)量往往遠(yuǎn)大于普通數(shù)據(jù)，因此圖像的存儲基本上都會涉及到壓縮算法的問題。當(dāng)硬件系統(tǒng)構(gòu)建完成以后，剩下的便是圖像處理的一些具體算法了。所以這里對顯示不做過多深述，采用普通顯示屏幕即可。本系統(tǒng)移植的現(xiàn)在很流行的 uboot，版本是 。 彩色圖像的灰度化 彩色圖像由 R、 G、 B 三個分量組成，而灰度圖像顯然只有亮度值一個屬性。 對變換后的 S 值取最靠近的一個灰度級的值，建立灰度級 變換表，將原圖像變換為直方圖均衡的圖像。在應(yīng)用程序的移植過程中，因?yàn)榻缑媸褂?QT 設(shè)計(jì)。若像素點(diǎn)的原灰度為 R，變換后的灰度為 S，需要注意的是 R、 S 是歸一化后的灰度值， 其灰度變換函數(shù) T()為 ： 式中 ； 。 一、 解壓 busybo