【正文】 要工作可以主要分為硬件設計和軟件設計兩部分工作。 最后，通過對系統(tǒng)的硬件及軟件的測試。 關鍵詞：掃描儀 CCD 人機界面，多線程，內(nèi)存管理 2 這就引出一個要求，那就是研發(fā)人員對軟件架構有一個透徹的了解，分析考慮如 何改善軟件生產(chǎn)率及降低軟件維護成本的軟件體系構造問題是刻不容緩的。采用若干種的架構模型是研發(fā)人員在進行軟件系統(tǒng)架構設計的一 般策略，由于缺少標準明朗的描述，導致無法實現(xiàn)設計方式的共享。 研究的主要內(nèi)容 由于日益復雜的軟件系統(tǒng)的規(guī)模大型化和復雜化，作為一個系統(tǒng)的整體的結 構和規(guī)格正越發(fā)變得重要。圍繞掃描儀驅動程序軟件及硬件的設計及開發(fā)了解了很多關于的國內(nèi)外文獻 和領域的現(xiàn)狀和發(fā)展方向。對于軟件的 結構，基本上可以分為兩個階段，一，高層設計，關鍵是設計軟件的結構。 論文的組織結構及章節(jié)安排 本文首先對課題的背景做了一些概述，之后將介紹工作的概要，之后的其他 章節(jié)是對課題的詳盡闡述。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)階段實驗室掃描儀的性能參數(shù)。 第四章首先敘述了軟件系統(tǒng)構架的定義和重要性，提出大幅面掃描儀軟件系 統(tǒng)的三層結構設計，即底層硬件、中間嵌入式層和上層驅動程序，通過功能模塊 化的劃分，實現(xiàn)大幅面掃描儀的整體設計。 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行大量的運算和內(nèi)存的分配釋放等操作時存在的問 題。 VI 創(chuàng)建資源文件 ......................................................................................... 71 創(chuàng)建工程文件 ......................................................................................... 71 使用多繼承方式使用 UI 文件 .............................................................. 72 槽函數(shù)的定義和實現(xiàn) ............................................................................. 73 主程序實現(xiàn) ............................................................................................. 75 軟件的內(nèi)存管理 ................................................................................................ 75 提出問題 ....................................................................................................... 76 解決方法 ....................................................................................................... 77 內(nèi)存映射 ....................................................................................................... 77 圖像的分層（高斯圖像金字塔） ............................................................... 78 內(nèi)存管理的設計與實現(xiàn) ............................................................................... 79 圖像拼接程序的實現(xiàn) ........................................................................................ 85 圖像拼接的原理 ........................................................................................... 86 拼接程序 ....................................................................................................... 86 圖像采集系統(tǒng)的采集軟件部分 ........................................................................ 89 多線程技術 ................................................................................................... 89 線程定義 ....................................................................................................... 90 線程特點 ....................................................................................................... 91 多線程應用 ................................................................................................... 92 大幅面掃描儀在 Windows 環(huán)境下的多線程 .............................................. 93 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) _碩士學位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) _碩士學位論文 軟件系統(tǒng)的測試 ................................................................................................ 94 測試環(huán)境 ..................................................................................................... 94 測試結果 ..................................................................................................... 94 本章小結 ........................................................................................................... 95 第 五章 結束語 ............................................................................................................ 96 致謝 ................................................................................................................................ 98 參考文獻 ........................................................................................................................ 994 第二章 多 CCD 掃描儀概述 掃描儀的原理 掃描儀根據(jù)用途可分為三類，分別是滾筒式式、便攜式和平板式三種。平板式掃描儀的物理結構與工作原理如圖 21 所示 [4] 。掃描儀 的核心是光電轉換部件。 圖 21 掃描儀物理結構與工作原理 采用 CCD 和鏡頭的大幅面掃描儀成像原理如圖 12 所示 [4] 。 掃描儀可以分為兩大類，普通掃描儀和專業(yè)掃描儀分別適用不同的用途。 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構主要包括 Contex 公司、 ANAech 公司和 Colortrac 公司等。 掃描系統(tǒng)的需求隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展不斷的增加，而且現(xiàn)階段國內(nèi)不少實驗 室、公司對大幅面掃描儀都有一定程度的研發(fā)，其中山東大學自動化系研制了一 種“超大型滾筒式掃描儀”，這種掃描儀原理簡單，光學接收系統(tǒng)采用的是濾光片將 光束分為三部分的方法，比較復雜，其優(yōu)點是分辨率比較高。同時，因為其會生成大量的數(shù)據(jù)，所以要求高的計算速度，但與之響應 的軟件卻不多，所以，在軍事，船舶工業(yè)及飛機等制造領域形成了很大的市場需 求。 高精度大幅面工程掃描儀作為大數(shù)據(jù)量圖像輸入設備，是數(shù)字化工程中的關 鍵設備。 軟件系統(tǒng)的復雜度和規(guī)模隨著時間的推移規(guī)模越來越復雜，越來越大。對于軟件大型化，復雜化，系統(tǒng)的 架構設計和規(guī)范越來越重要，深刻的影響了重要的算法，也影響了選擇數(shù)據(jù)結構。 線掃描的掃描儀用運動的方式取得面積圖像，即被測物運動到相機視場，通 過硬件發(fā)送觸發(fā)信號采集。因為材料本身不發(fā)光，所以掃描儀是通過材料反射光源的光在 傳感器上成像。然而，除了相關 和非透明體的反射光的頻譜有關外，與入射的光的頻譜也有關系。 在掃描儀中，除了光源、相機、鏡頭安裝于待掃描紙張的同側，并且能給 CCD 提供合適的足夠且均勻的光線。 圖 23 掃描儀光學部分結構圖 6 光學系統(tǒng)對成像質(zhì)量的影響因素 不穩(wěn)定的光源性會能使圖像的色彩產(chǎn)生偏差，而且閃爍還會使圖像出現(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] 。 （ 1）分辨率：衡量一個掃描儀最重要之一是看掃描儀的掃描精度，其衡量參 數(shù)是分辨率，即在一英寸的長度上有多少個像素點。 （ 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)。信噪比也很大程度上反映了掃描儀獲得的 圖像的品質(zhì)，同時也影響對有用信號的提取，顯示 CCD 的采集精度 [6] CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) _碩士學位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) _碩士學位論文 。 （ 2）首先啟動驅動程序，之后在內(nèi)部的控制電路的控制下帶動裝著光學系統(tǒng) 和 CCD 的掃描頭與圖稿以相對運動的方式來完成掃描。 （ 4） CCD 將 RGB 三色的光信號轉換成模擬信號。此時，圖像的光信號已經(jīng)轉變?yōu)橛? 算機能識別二進 制信號。 7 奧普易掃描儀的特性描述 實驗室現(xiàn)階段研制的奧普易大幅面掃描儀如下圖 24 所示： 圖 24 奧普易大幅面掃描儀 本文研究的大幅面掃描儀在光學系統(tǒng)和機械結構方面和平板掃描儀有存在差 異 [8] 。 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)進紙機構高度至合適位置（有效保證進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)的設計與實現(xiàn) _碩士學位論文 CCD 的圖像采集軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) _碩士學位論文 （ 3）高清掃描（三線 CCD 光學分辨率 600dpi），高圖像壓縮比達到資料保 存的目的； （ 4）工程藍圖掃描生成黑白圖像，減少藍圖對人眼視覺造成傷害； （ 5）工程圖紙轉 SVG 格式。 為了解決這個問題，需要先進行總體框架設計，確定各子系統(tǒng)的最佳分配方案； 然后對各子系統(tǒng)進行具體方案選擇，器件選型，開發(fā)方案選擇；最后進行具體的 電路設計和硬件驅動模塊的編寫。本章將先對 FPGA 的基礎進行簡單介紹，然后完成總體方 案的設計 [9] 。因此必須對 CCD 輸出特性有清晰的了解，才能設計出合理的 CCD 外圍電路和驅動時序，只有準確掌握 CCD 器件手冊的相應數(shù)據(jù)，了解 CCD 的工作特性，才能設計出滿足 CCD 輸出特性的驅動電路。 CCD 接口電路示意圖如圖 31 所示。 9 本章小結 本章對多 CCD 掃描儀的工作原理、光學系統(tǒng)成像原理、重要的性能參數(shù)的進 行了概述，將普通平板掃描儀和大幅面掃描儀在各個方面比較，說明大幅面掃描 儀的特殊之處。它具有高速 率、高精度、低功耗等特性，在 CCD 和 CCD 等圖像處理領域被廣泛應用 [] 。它包含 3 個模擬輸 入通道，而且每個通道都支持 CDS（ Cor