基于ARM9的图像采集系统的研究

摘要

随着信息科学技术的发展，特别是网络的飞速普及和3C（通信、消费电子、计算机）合-的加速，专业化和微型化成为发展的新趋势，嵌入式图像处理技术成为当前电子产品研发领域的热点，并已应用于消费电子、工业控制、网络通信、军事国防等领域。传统的基于计算机的图像采集设备，成本高而且体积庞大，因而限制了它在便携设备、移动通信等领域的应用。开发高性能、小型化、低功耗、携带方便的图像采集系统具有较好的工程应用前景。嵌入式图像的获取、量化编码以及在通信信道传输的过程中，不可避免的受到一定程度上图像噪声的干扰，甚至严重影响图像的视觉效果。为了提高图像的质量和传输能力，在图像预处理中就必须减少图像中的噪声和对图像进行压缩，尽可能的保留图像的主要特征。本文在基于嵌入式Linux系统的ARM平台上，提出了图像采集、去噪及图像压缩的系统方案。总体说来，本文主要在以下几个方面做了研究和工作。
　　 (1)针对标准中值滤波算法和现有改进中值滤波算法的不足，提出了带有噪声检测的改进中值滤波算法。改进的算法首先通过设定判决门限标记出可能的噪声点，然后依据相邻图像像素相关的特性对该像素点再次进行判断，确定噪声点，随后在保留图像信号点的基础上只对图像噪声点进行处理。通过MATLAB7.0仿真实验，改进算法去噪效果良好，而算法的时间复杂度没有增加。
　　 (2)深入研究小波变换理论和小波变换编码的方法，并在此基础上对EZW算法进行改进，提出了结合视觉加权和分组的改进嵌入式零树小波编码算法。通过MATLAB7.0仿真实验，改进的EZW算法在主观视觉和客观数据两方面都有较大提高，获得了更高的性能。
　　 (3)完成系统的硬件和软件平台设计。针对SANSUNG公司的ARM9微处理器，完成了系统的时钟模块、LCD模块、NOR Flash存储器接口、SDRAM接口、ARM电源电路、USB接口电路等模块设计，然后研究了嵌入式Linux系统上的USB摄像头视频采集与显示系统的基本结构，详细剖析Linux内核支持USB摄像头的Video4Linux技术，并在此基础上编写了Linux下图像采集与显示的代码，最后分析了改进的EZW压缩算法，并给出了部分重要代码。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 嵌入式图像采集现状

1.2.2 图像压缩编码现状

1.2.3 图像去噪的研究现状和趋势

1.3 本文工作及创新占

1.4 论文结构

第二章 系统方案分析与设计

2.1 系统总体架构

2.2 嵌入式CPU及操作系统的选型

2.2.1 嵌入式CPU选型

2.2.2 嵌入式操作系统选型

2.3 图像采集系统硬件结构设计

2.4 图像采集系统软件结构设计

2.5 本章小结

第三章 图像采集系统的硬件电路设计

3.1 图像采集系统的外围器件设计

3.1.1 电源电路和复位电路设计

3.1.2 串口电路设计

3.1.3 LCD显示模块和以太网接口设计

3.1.4 JTAG和USB电路图设计

3.2 存储系统模块设计

3.2.1 NOR Flash接口电路设计

3.2.2 SDRAM接口电路设计

3.3 本章小结

第四章 消除脉冲噪声的改进中值滤波算法

4.1 图像噪声

4.1.1 噪声的特征

4.1.2 噪声的分类

4.2 中值滤波算法

4.2.1 中值滤波原理及实现步骤

4.2.2 现有中值滤波改进方法分析

4.3 带有噪声检测的改进中值滤波算法

4.3.1 脉冲噪声检测

4.3.2 脉冲噪声的滤出

4.3.3 改进的中值滤波算法描述

4.4 仿真结果及分析

4.5 本章小结

第五章 改进的嵌入式零树编码算法

5.1 改进算法理论基础

5.1.1 小波分析

5.1.2 离散小波变换

5.1.3 多分辨率分析

5.1.4 小波图像压缩技术

5.2 基于小波变换的零树编码

5.2.1 零树与逐次逼近量化技术

5.2.2 EZW算法分析

5.3 改进的嵌入式零树编码算法

5.3.1 视觉加权

5.3.2 整除求余分组

5.3.3 改进的EZW算法

5.3.4 仿真结果及分析

5.4 本章小结

第六章 图像采集与处理

6.1 图像采集的整体结构

6.1.1 USB摄像头驱动配置

6.1.2 摄像头驱动程序加载

6.2 图像采集模块软件设计

6.2.1 Video4Linux常用数据结构分析

6.2.2 Video4Linux编程

6.2.3 图像采集软件程序具体实现

6.3 图像数据压缩

6.4 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

附录（攻读硕士学位期间发表论文目录）