【正文】 感謝同學(xué)對我的幫助和指點知在此次畢業(yè)設(shè)計的完成過程中還得到了實驗室老師的幫助，在此一并表示感謝。在閑聊 中她總是能像知心朋友一樣鼓勵你，在論文的寫作和措辭等方面她也總會以“專業(yè)標準”嚴格要求你，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復(fù)修改、潤色，吳老師始終認真負責(zé)地給予我深刻而細致的指導(dǎo)，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。而在每一類中可以通過缺陷的自相關(guān)函數(shù)將兩類缺陷分別開來，這樣就可以將鋼珠的缺陷歸為各自的類別并可以統(tǒng)計每一類缺陷產(chǎn)品的個數(shù)，以便對產(chǎn)生缺陷的原因進行分析，以改進產(chǎn)生工藝，來提高產(chǎn)品合格率。考慮到分類的簡單方便，可以采用基于二叉樹分類的方法。對于規(guī)則的紋理，自相關(guān)函數(shù)將有波峰和波谷。 （ 3）由于缺陷區(qū)域的紋理特征不同，為了把不同的缺陷正確的分類，有必要對紋理的特性進行 分析，采用自相關(guān)函數(shù)即可以把不同的區(qū)域分別開來，也即 ? ? ? ? ? ?? ? ? ?00001, , ,nmnmrcrcP dr dc I r c I r dr c dcI r c I dr dc????? ? ??? ?? 其中 I[r， c]是圖像函數(shù)，在此可以表示為改動的灰度。 圖 44 系統(tǒng)流程 為了對鋼珠的特征進行提取，我們選擇了如下的特征向 量來描述： （ 1）極點描述的極軸長度：因為一個缺陷區(qū)域可以有多至八個的極點，且每個極點都在區(qū)域的邊界上，這樣很容易定義極軸的長度 D(極點 )到極點(r2,c2)： ? ? ? ?222 1 2 1D r r c c? ? ? ? D定義其中的最長的極軸長度 Dmax,最短的極軸長度 Dmin。這一過程是通過 DSP 的中控制來切換的。通信模塊用來和遠程的主控制器進行通信用以對相機進行控制和配置。這里兩片 SRAM 組成了一個乒乓結(jié)構(gòu)，其中一片 SRAM 存儲完畢后可以通 DSP對該圖像數(shù)據(jù)進行處理，同時另一片 SRAM 可以存儲另一幅圖像數(shù)據(jù)，這樣可以加速處理速度。這涉及到對缺陷的特征進行抽取式特征向量的選擇，圖像經(jīng)過預(yù)處理后可以提取一些相對比較穩(wěn)定的特征作 為識別缺陷的依據(jù)。通過先開運算去掉區(qū)域邊界的由里向外的毛刺，然后采用閉運算填充區(qū)域的小孔和消除邊界的缺口，然后通過邊緣提取和邊緣跟蹤來獲得圖像的邊界點。 圖像相減： DSP 讀取位于 SRAM 中經(jīng)過濾波與二值化后的圖像數(shù)據(jù)與存儲在FLASH 中的標準模板圖像進行相減運算，如果結(jié)果在誤差允許的范圍之內(nèi)，則說明產(chǎn)品無缺陷，可以不經(jīng)過下一步的缺陷分析處理，這樣能夠提高檢測的處理速度，如果產(chǎn)品是存在缺陷，就進行下一步處理，以判斷產(chǎn)品的缺陷種類 ，此時就要對二值化圖像進行進一步處理。具體算法的實現(xiàn)如下： 圖像預(yù)處理：考慮到拍攝到的鋼珠圖像中的噪聲大多是椒鹽噪聲和一些孤立的噪聲點，并要克制圖像平滑后的細節(jié)模糊，預(yù)處理采用了中值濾波器來對圖像進行預(yù)處理，考慮到算法的執(zhí)行 速度，并沒有采用通用的 9點中值濾波算法，而是采用了 5點中值濾波，這樣可以提高算法的執(zhí)行速度。 數(shù)碼相機的設(shè)計 第 24 頁 共 31 頁 圖像處理算法：圖像處理算法分為低級的處理算法與高級的處理算法：低級的處理算法完成產(chǎn)品是否存在缺陷的檢測，高級算法完成對檢測結(jié)果的分類。系統(tǒng)初始化結(jié)束后，進行任務(wù)查詢，根據(jù)查詢結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)得到任務(wù)處理（ CMOS標定，自測試，圖像數(shù)據(jù)處理），進入圖像處理模塊后，開始執(zhí)行圖像處理算法。開始工作時， DSP 進行芯片的設(shè)置，控制和配置所有的硬件和軟件資源，相機的控制參數(shù)的傳遞。 表 43芯片相關(guān)參數(shù) 頻率 (MHZ) 144 每秒執(zhí)行指令速度 MIPS 288 總共可尋址空間 (WORDS) 16KB ROM(WORKS) 64KB RAM(WORKS) 128KB 直接存儲訪問 DMA 6通道 int/ext MISC ADC,RTC,DPLL,WD 計時器 TIMER 2個 串口 全速 ,3 個 MCBSP,IIC,MMC/SD 主機接口 HPI(bit) 增強型主機接口 EHPI(16) bootloader 可用 核心電壓 (V) 電壓 (V) 軟件設(shè)計 軟件部分包括系統(tǒng)軟件框架和各個軟件處理模塊，中斷服務(wù)程序等。使用 CPLD 可以給硬件實現(xiàn)帶來極大便利，我們可以將擴展按鍵、 LCD 等外圍設(shè)備，有 CPLD 接入 DSP，并由 CPLD實現(xiàn)基本的控制功能，這樣簡化了 DSP 的軟件設(shè)計并增強了系 統(tǒng)的擴展性。 （ 2）復(fù)雜可編程器件（ CPLD） CMOS Sensor Intetface Memory Memory FPGA DSP Serial Ether .... AVR 數(shù)碼相機的設(shè)計 第 23 頁 共 31 頁 整個系統(tǒng)的邏輯控制由一片 XC9572XL,它單電源 +，有 72個宏單元，72 個用戶 I/O 引腳。當 DSP 接收到 VSYN 信號時，表示芯片開始采集第一幀圖像數(shù)據(jù)，隨后接收到 HREF 信號，芯片開始進行第一行的數(shù)據(jù)采集，每來一個 PCLK 信號，芯片就采集，直到采集 600 行 的數(shù)據(jù)，芯片停止采集。 本設(shè)計選用 Omnivision 公司色彩 CMOS 圖像傳感器 單電源+，分辨率像素 800*600，成像速度最大可達 120幀 /秒，信噪比大于 48db,有逐行和隔行兩種掃描方式并內(nèi)置伽馬校正功能，輸出為 16bit 色彩信號。最近， CMOS 圖像傳感器的光照靈敏度提高了至少 5倍。 圖 42智能相機的結(jié)構(gòu) （ 1）圖像傳感器 CCD（電荷耦合器件）由于靈敏度高、噪音小，逐步發(fā)展成為圖像傳感器的主導(dǎo)產(chǎn)品。 SRAM 采用的是 SST 公司的，該 SRAM 用來暫存?zhèn)鞲衅鳙@得的圖像信息和進行數(shù)碼相機的設(shè)計 第 22 頁 共 31 頁 圖像處理是的暫存數(shù)據(jù)。數(shù)字信號處理器采用的是 TI公司的 TMS320VC5402， TMS320VC5402 具有較高的處理速度，頻率最高可達到 100MHZ。 硬件設(shè)計 圖 1 所 示為智能相機的結(jié)構(gòu)框生產(chǎn)的圖：其中的傳感器采用了國家半導(dǎo)體公司 CMOS 圖像傳感器 LM9617 來獲取圖像，該傳感器支持多種控制方式，具有較高的信噪比，支持最多每秒 30 幀圖像采樣； FPGA 采用了賽靈思公司的 SpartanII，SpartanII是采用了 6層金屬連接、 ，其含有集成于芯片的模塊存儲器，支持多種 I/O 標準，帶有鎖定延時回路該器件實現(xiàn)的功能包括多路開關(guān)轉(zhuǎn)換， SRMA 控制器。 （ 3）檢測結(jié)果的控制信號的傳輸：根據(jù)處理結(jié)果給出相應(yīng)的控制信號，以控制執(zhí)行部件采用相應(yīng)的處理方案。 智能數(shù)碼相機的總體設(shè)計過程 通常設(shè)計智能數(shù)碼相機分為以下幾步： （ 1）圖像的獲取 ： 一般采用 CCD 或 CMOS 傳感器來獲得需要的圖像數(shù)據(jù)。壓縮的目的是減少圖像的數(shù)據(jù)量，從而降低存儲的儲存量，或在一定的存儲容量下存放更多的照片。對于一副 800*600 分辨率（ 48 萬像素）的彩色照片，數(shù)據(jù)量大約為 ，如果直接將這些數(shù)據(jù)寄存到存儲器中，需要非常大容量的存儲器。 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理主要是數(shù)據(jù)預(yù)處理和 JPEG 數(shù)據(jù)壓縮。 數(shù)據(jù)采集 光電轉(zhuǎn)換可以用兩種方式實現(xiàn)，一是采用 CCD，并加以通用視頻A/D 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)采集功能，另一種是使用 CMOS 圖像傳感器直接采集，該 CMOS 圖像傳感器自帶 A/D 轉(zhuǎn)換功能。其系統(tǒng)功能框圖如圖 41所示。 本設(shè)計是基于數(shù)字信號處理器（ DSP）的數(shù)碼相機（ DSC）設(shè)計方案，采用CMOS 傳感器作為成像器件和 DSP+FPGA+AVR 結(jié)構(gòu)的智能相機，采用低級算法和高級算法的圖像處理處理算法。 數(shù)碼相機的設(shè)計 第 20 頁 共 31 頁 第 4 章 基于智能數(shù)碼相機的設(shè)計 DSP（ Diginal Signal Processor 數(shù)字信號處理器）的數(shù)碼相機以 TI 公司的 TM S320VC5509144 定點 DSP 為核心，采用 CMOS 圖像傳感器以逐行掃描方式采集數(shù)據(jù)，使用 CPLD 進行邏輯控制，配合高速 SDRAM 和大容量 FLASH，使用 USB通信接口，采用 JPEG，實現(xiàn)了數(shù)碼相機的基本功能。至此，整個數(shù)碼相機的圖像數(shù)據(jù)處理完成。 為了能夠進行針對鏡頭的自動對焦控制，在色彩合成處理后，需要針對圖像進行邊緣檢測（銳度檢測）和偽色彩檢測（偽色彩抑制）。 數(shù)碼相機的設(shè)計 第 18 頁 共 31 頁 圖 37 數(shù)碼相機的處理流程 伽馬校正和色彩合成處理是使數(shù)碼相機獲得良好的色彩圖像的必要的圖像處理過程。由于圖像傳感器在制造和使用；老化過程中會出現(xiàn)一些個別的像素點性能偏離或不能正常感光的現(xiàn)象，這些像素點被稱為壞像素。在采用 CMOS 的數(shù)碼相機系統(tǒng)中，由于 CMOS 器件采用了數(shù)字數(shù)據(jù)接口，處理 CCD模擬接口的電路被省略，直接進行數(shù)據(jù)讀出。根據(jù)數(shù)碼相機系統(tǒng)中采用圖像傳感器類型的不同（ CCD 或 CMOS），數(shù)據(jù)流的處理有一些差異。這一數(shù)據(jù)處理的過程 以微處理器 MPU 為中心，通過針對數(shù)碼相機數(shù)據(jù)的處理，使得數(shù)碼相機的各個部分有效的結(jié)合在一起。解決這個矛盾的方法有兩種：一是將電極和連線作成透明的；另一個