基于嵌入式Linux的线阵CCD数据采集系统

摘要

随着计算机技术、数字图像处理技术、CCD（Charged Couple Device）技术的发展与完善，机器视觉逐步完善，并已走进工业现场。在PDP（Plasma Display Panels）生产中也需要它们来识别生产过程中产生的缺陷。但高速图像采集、处理与传输系统仍是一个亟待解决的难题。本文根据课题提出的高速、实时等要求提出了基于可编程器件的高速图像采集、处理与传输系统。 实验中采用高速线阵CCD搭建图像获取系统，并使用FPGA（Field Programmable Gate Array）完成图像预处理以及与上位机的数据传输与通信。 由于使用硬件实现图像处理，本系统比传统的基于DSP处理器的系统拥有更快的处理速度。并且由于FPGA使用不同配置文件对应不同的算法，所以在算法实现上更加灵活。本文详细了介绍几种图像预处理方法在FPGA上的实现方法。接着介绍了基于嵌入式Linux的网络数据传输与通信的实现。详细阐述了基于FPGA的NiosⅡ软核处理器的硬件平台的设计以及嵌入式Linux的软件设计，从Linux系统移植、设备驱动程序开发到上层的线阵CCD数据接收与传输以及采用BSD套接字的UDP应用程序设计。最后介绍了上位机的数据接收程序以及测试程序的设计。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 PDP缺陷自动检测系统

1.2.1 PDP缺陷自动检测系统

1.3 高速图像采集系统

1.4 PDP缺陷自动检测系统中存在的问题

1.4.1 图像数据处理能力的问题

1.4.2 与上位机通信的问题

1.5 新的解决方案

1.6 论文的主要工作

第二章 线阵CCD的数据采集

2.1 图像传感器介绍

2.2 CCD的选择

2.3 线阵CCD的驱动设计

2.4 线阵CCD输出信号处理

2.5 本章小结

第三章 现场可编程门列阵及其开发技术

3.1 FPGA介绍

3.2 CycloneⅡ器件介绍

3.2.1 Cyclone Ⅱ的构架

3.2.2 Cyclone Ⅱ嵌入式乘法器

3.2.3 Cyclone Ⅱ的时钟管理电路

3.2.4 Cyclone Ⅱ嵌入式处理器

3.3 利用FPGA实现数字信号处理的优点

3.3.1 实现数字信号处理两种方法

3.3.2 实现数字信号处理两种方法的比较

3.3.3 FPGA设计语言

3.4 FPGA开发环境

3.5 FPGA设计的开发流程

3.6 本章小结

第四章 基于FPGA的图像处理

4.1 图像去噪

4.1.1 实验中图像中噪声的类型

4.1.2 去除噪声的方法

4.1.3 基于FPGA的中值滤波的实现

4.2 图像的二值化

4.2.1 二值图像

4.2.2 最大类问方差的基本原理

4.2.3 Ostu算法的硬件实现

4.3 图像初步处理的整体设计

4.4 本章小结

第五章 基于FPGA的嵌入式Linux系统及网络传输

5.1 SOPC技术及Nios软核处理器

5.1.1 SOPC技术

5.1.2 Nios Ⅱ软核处理器

5.2 嵌入式系统的硬件平台设计

5.2.1 片外存储器

5.2.2 Ethernet芯片

5.3 μ Clinux嵌入式操作系统

5.4 μ Clinux的裁减与移植

5.4.1 交义编译环境的建立

5.4.2 μ Clinux下应用程序的开发

5.4.3 设备驱动程序的开发

5.4.4 μ Clinux内核配置

5.5 网络数据传输的实现

5.5.1 TCP/IP协议

5.5.2 μ Clinux中TCP/IP网络结构

5.5.3 网络数据传输与接收的实现

5.6 本章小结

第六章 调试与总结

6.1 上位机测试程序

6.2 总结与展望

致谢

参考文献