基于嵌入式系統的圖像數據采集系統設計

1.引言

隨著后PC時代的到來和嵌入式的蓬勃發展，運用嵌入式系統實現遠程數據采集已成為社會需求的趨勢。本文采用嵌入式系統采集圖像數據實現加工零件的遠程測量，代替傳統的人工檢測。其特點有：網絡化，準確性高，節約人力和物力。

2.系統軟硬件平臺

由于嵌入式設備資源有限，所以在開發嵌入式系統的軟件部分需要在宿主機平臺上實現，運用宿主機的資源編譯目標機平臺上可運行的軟件。本文系統的宿主機平臺：Redhat 9.0，交叉編譯環境：ARM-Linux-Gcc；目標機平臺：UBOOT 1.1，Linux 2.4.18 和YAFFS 根文件系統。

系統硬件平臺的處理器采用 Samsung 公司的集成有ARM920T 內核的處理器S3C2410，該處理器資源豐富，具有16KB 的指令Cache 和16KB 數據Cache、MMU 虛擬存儲器管理器、LCD 控制器、支持NAND Flash 系統引導，RAM 控制器、3 通道UART、4 通道DMA、4通道帶PWM 定時器、RTC、并行I/O 口、8 通道10 位ADC、觸摸屏接口、IIC 接口、IIS接口、2 個USB 接口控制器、2 通道SPI 及內部PLL 時鐘倍頻器，主頻最高可達203MHz。此外，在處理器豐富資源的基礎上還進行了相關的配置和擴展，配置了64MB 的Flash 和64MB 的SDRAM，并引出了兩個HOST USB 接口。在USB 接口上外接帶USB 口的攝像頭Webeye V 2000。嵌入式Linux 操作系統上建立圖像采集和圖像恢復兩個軟件模塊。開發板擁有CS8900A-CQ3 芯片，具有10“100M 自適應的網絡通信能力。通過它實現圖像數據的遠程傳輸。整個系統的硬件概圖如圖1 所示：

圖1 系統硬件結構圖

3.RGB數據流的采集

Webeye V 2000攝像頭內部擁有ov7620、ov511和一個存儲芯片。由于Linux操作系統中嵌有ov511芯片的驅動，故在編譯Linux操作系統時需要加載ov511驅動，主要步驟：

①（*）選擇Multimedia device-》下的Video for linux。加載video4linux模塊，提供了編程接口；

②在usb support-》目錄下（*）選擇support for usb和usb camera ov511 support。加入了對采用ov511接口芯片的USB數字攝像頭的驅動支持。

在嵌入式Linux操作系統平臺上驅動攝像頭，通過Video4Linux接口控制攝像頭參數、圖片的格式和窗口大小等等。Video4Linux是Linux中關于視頻設備的內核驅動，它為針對視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數。USB口攝像頭驅動程序中需要提供基本的I/O操作接口函數open、read、write、close的實現。對中斷的處理實現，內存映射功能以及對I/O通道的控制接口函數ioctl的實現等，并把它們定義在struct file_operations中。本系統采用內存映射法，即mmap（）方式截取圖像或視頻數據。mmap（）函數調用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現共享內存。該映射內容區可讀可寫并且不同進程間可共享，不需要任何數據的拷貝。

函數，它在用戶程序中用來控制I/O通道，其中，fd代表設備文件描述符，cmd代表用戶程序對設備的控制命令，省略號一般表示類型長度的參數，也可沒有。

4. 圖像的恢復

上一節已經介紹了系統采集RGB圖像數據流。為了滿足用戶觀看采集的圖像數據和相應測試，故需要將RGB流轉換成在Linux系統和Windows系統下都可以瀏覽的BMP格式的圖片。BMP格式的圖片分為文件描述區和圖像存儲區兩部分。頭文件信息中又包含了信息區和調色板區兩部分，信息區又可以細分為文件信息區和圖像信息區兩部分。恢復BMP圖片的關鍵是首先手動生成BMP文件的頭文件，然后將采集到的RGB數據流填充到BMP文件的數據區。拍攝的物體為加工好的環行零件，檢驗其加工是否合格，中心點位置等等。以下將介紹BMP文件的數據結構和頭文件，圖片恢復如圖2所示：

5. 圖像的傳輸和處理

系統采用網絡（FTP）方式讀取BMP 文件。遠程終端建立FTP 服務器，實現系統和FTP 服務器的連接建立，將BMP 文件放置到服務器上，具體命令：FTP open 服務器的IP 地址Put 命令將bmp 文件放到FTP 服務器上終端可以通過網絡獲得FTP 服務器上的BMP 文件，終端上安裝Matlab7.1 應用程序，運用Matlab7.1 做圖像處理，從而得到對加工零件的中值濾波，邊緣檢測，二值化和中心點的坐標，查看零件合格。具體命令和結果如下：

下面是中心點坐標的提取命令：