【正文】 （ 6） Photoshop、 Rhino 等第三方的專(zhuān)業(yè)圖形處理工具 10 第三章 多 CCD 掃描儀硬件驅(qū)動(dòng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 線陣 CCD 相機(jī)的采集模塊采集光信號(hào)并將輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)?，F(xiàn)列表 11 對(duì)比如下： 表 11 大幅面掃描儀與常見(jiàn)的平板掃描儀在光學(xué)系統(tǒng)以及機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)比 普通平板掃描儀 大幅面掃描儀 幅面 常見(jiàn) A4 A0 光學(xué)系統(tǒng) 單 CCD，鏡頭，反射鏡，燈管，單 CCD 多 CCD 拼接 機(jī)械結(jié)構(gòu) 塑料機(jī)械頭架，出光學(xué)系統(tǒng)外精度 不高 鈑金件等，要求保證平面度、裝配 精度 驅(qū)動(dòng)程序 步進(jìn)電機(jī)及減速器 步進(jìn)電機(jī)及減速器 硬件 單片，簡(jiǎn)單 多片，復(fù)雜 軟件 比較成熟 比較配合光學(xué)系統(tǒng)拼接重新設(shè)計(jì) 現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)室制備的奧普易大幅面掃描儀應(yīng)用于高清地圖、工程圖紙等轉(zhuǎn)為 電子檔案領(lǐng)域，為我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)高清掃描儀產(chǎn)品。 （ 6）數(shù)據(jù)被傳送至計(jì)算機(jī)之后在計(jì)算機(jī)中形成圖像 [7] 。 （ 5）模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 。 （ 3）照射到被掃描物上的光線被反射之后經(jīng)很窄的縫隙，形成光帶，被一組 反光鏡反射，由透鏡進(jìn)入分光鏡，之后各自的 CCD 上被投射經(jīng)過(guò)三色濾色鏡分解 成的紅綠藍(lán)光帶。 掃描儀工作流程 掃描儀工作步驟如下： （ 1）在掃描儀的進(jìn)紙口處放入將希望被欲掃描的紙張。 （ 6）信噪比：即信號(hào)和噪聲之比。 （ 2）色彩深度：評(píng)價(jià)掃描儀的第二個(gè)指標(biāo)是色彩位數(shù)，這個(gè)指標(biāo)能反映出掃 描儀色彩層次的捕獲能力 （ 3）灰度級(jí)：掃描儀從白過(guò)度到黑時(shí)，明到暗的層次數(shù)值由灰度級(jí)表示。 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)。掃描儀的光源部分裝置位置應(yīng)如圖 23 所示。所以，光源的 選擇是很重要，需要選擇需要適合的類(lèi)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。 根據(jù)色度學(xué)理論，由于不透明材料表面分子差異，被光照后，光譜中的某一 部分的光被選擇性吸收，反射了剩下的光，呈現(xiàn)了顏色的反射。 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。 5 圖像采集系統(tǒng) 圖像采集卡 Matrox 公司的 SoliosXCL 圖像采集卡被課題采用，該圖像采集卡自帶處理器處 理及兩個(gè)獨(dú)立基模式或一個(gè)中模式 Camera Link 配置、 66 MHz 采集速率、 64 MB 緩沖器、可以采集面陣和線陣攝像頭，并具有多種采集模式。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。掃描儀軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，將大大推進(jìn)掃描儀在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。 [2] 。由于掃描儀集光、 機(jī)、電于一體的輸入設(shè)備研發(fā)與生產(chǎn)困難，因此，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠商少，主要還是依 賴進(jìn)口。其中 Contex 公司的產(chǎn)品在全球市場(chǎng)的占有率超過(guò) 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] 。家 庭辦公比較適合使用普通掃描儀，專(zhuān)業(yè)掃描儀可以適合工程制圖、藝術(shù)品復(fù)制和 軍事等領(lǐng)域要求，促進(jìn)了國(guó)家信息化的建設(shè)。 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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)，它就是掃描儀。掃描儀的三個(gè)主要部分分別是：掃描頭、步進(jìn)電機(jī)、主 板 ，幾個(gè)部分協(xié)同工作，這樣，計(jì)算機(jī)可以識(shí)別由光信號(hào)轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)。 掃描儀是有光學(xué)部件、機(jī)械傳動(dòng)部件和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路三個(gè)主要部分組成。目前 應(yīng)用最廣的是平板式掃描儀。 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(guó)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。之后是了解了應(yīng)用程序界面構(gòu)圖的十 項(xiàng)原則，從而提高界面的美感、藝術(shù)性以及實(shí)用性，對(duì)其他圖像處理軟件的功能 進(jìn)行對(duì)比，整理出大幅面掃描儀圖像處理軟件的 6 項(xiàng)基本要求，模塊化功能，通 V 硬件驅(qū)動(dòng)軟件系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) ....................................................................... 20 CCD 圖像傳感器驅(qū)動(dòng)軟件程序的實(shí)現(xiàn) ........................................................... 22 CCD 傳感器輸出特性 .................................................................................. 22 CCD 圖像傳感器驅(qū)動(dòng)程序 .......................................................................... 22 A/D 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ............................................................................ 26 WM8200 的寄存器配置 ............................................................................... 26 A/D 寄存器配置程序 ................................................................................... 28 WM8200 的采樣和輸出時(shí)序設(shè)計(jì) ............................................................... 30 A/D 采樣及輸出程序 ................................................................................... 32 FPGA 驅(qū)動(dòng) CCD 和 A/D 的采圖時(shí)序仿真 ................................................. 35 數(shù)據(jù)傳輸控制及 CAMERA LINK 驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì) ............................................. 35 數(shù)據(jù)傳輸控制模塊 ....................................................................................... 35 Camera link 驅(qū)動(dòng)模塊 .................................................................................. 49 本章小結(jié) ............................................................................................................ 52 第四章 大幅面掃描儀上位機(jī)軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ............................................ 53 功能需求與模塊劃分 ........................................................................................ 53 大幅面掃描儀軟件系統(tǒng)的架構(gòu)及實(shí)現(xiàn) ............................................................ 54 軟件系統(tǒng)架構(gòu)的詮釋 ................................................................................... 54 軟件系統(tǒng)架構(gòu)的重要性 ............................................................................... 55 軟件部分總體設(shè)計(jì) ....................................................................................... 56 模塊設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 58 系統(tǒng)架構(gòu)的目標(biāo) ........................................................................................... 59 應(yīng)用程序界面的構(gòu)圖原則 ................................................................................ 60 掃描儀界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 ........................................................................................ 63 設(shè)置模塊 ....................................................................................................... 64 信息模塊 ....................................................................................................... 66 掃描儀軟件具體實(shí)現(xiàn)概述 ........................................................................... 66 基于 QT 的掃描儀用戶界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ...................................................... 68 Qt 概述 .......................................................................................................... 68 Qt 的特點(diǎn) ...................................................................................................... 69 掃描儀用戶界面的程 序設(shè)計(jì) ....................................................................... 70 Qt 設(shè)計(jì)器 ................................................................................................. 703 過(guò)在 Visual C++上開(kāi)發(fā)，借助 Qt 界面設(shè)計(jì)軟件，完成了大幅面掃描儀的用戶界面。 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(yǔ)言按照 A/D 和 CCD 驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求編寫(xiě)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。 第二章掃描儀概述：介紹了掃描儀的發(fā)展現(xiàn)狀。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)。 一個(gè)軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰化了，對(duì)軟件的開(kāi)發(fā)是有很大幫助的。對(duì)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)。作為基于抽 象設(shè)計(jì)的軟件體系構(gòu)架很好的解決了復(fù)雜軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，并且讓研發(fā)人員 更好的理解了軟件系統(tǒng) [3] 。一個(gè) 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。測(cè)試結(jié)果表明，本文的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) 了采集系統(tǒng)的功能和較好的性能，達(dá)到了預(yù)期的采集速度和采集的圖像質(zhì)量，展 現(xiàn)了硬件及軟件的設(shè)計(jì) 。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(duì)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(duì)提升圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)，完成模擬到計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)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(kāi)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