基于无线传感器网络的图像处理技术研究与应用

摘要

伴随着传感器技术、无线通信技术以及相关技术的发展，上世界 90 年代提出来的无线传感器网络技术在原有基础上得到更加深入的研究和发展。最近几年随着数据采集手段的改进，无线传感器网络同图像处理相结合的研究与应用逐渐成为研究热点，然而这个过程中仍然面临着众多问题亟待解决。无线传感器网络所固有的节点能量受限、通信带宽较窄、计算能力不足等矛盾在面对数据量剧增的图像数据处理应用中显得更加突出。如何充分合理利用传感器节点的计算能力、改进图像算法技术满足现有无线传感器节点的需求是研究的关键所在。 本文从无线传感器网络技术入手，选取识别汽车牌照作为研究对象，搭建无线图像硬件采集平台，构建无线图像传感器网络，并改进车牌识别算法使其能嵌入到无线图像传感器节点实时运行的方式，研究探索无线传感器网络同图像处理技术结合过程中所遇到的各种问题并根据实际情况提出对应的解决方案。本文的具体工作如下： 1. 学习、研究了无线传感器网络软硬件以及车牌识别算法的相关知识，在掌握相关基础知识的前提下，选取了适合无线传感器网络节点的车牌识别算法，并在MATLAB上完成了算法仿真。 2. 进一步学习研究了无线传感器网络节点芯片（NXP JN5168）的软硬件结构以及常用的图像传感器，并在此基础上，依据本文研究的实际情况，搭建了无线图像硬件采集平台，构建了无线图像传感器网络系统。 3. 深入了解学习以JN5168芯片为硬件基础的无线传感器网络编程框架及编程技术。对在 MATLAB 中仿真完成的车牌识别算法进行了优化，使其能够在无线传感器网络节点（JN5168）上执行，在节点上实现了车牌图像采集、识别以及无线通信过程。 4. 依据本文研究的实际情况，以MATLAB为基础搭建了无线图像传感器网络调试系统。制定了无线图像传感器节点与上位机交互的图像串口通讯协议，用MATLAB实现了节点图像的接收、显示及校验功能。 5. 在实验室条件下，完成了无线图像传感器网络的车牌识别实验。结果表明所设计的无线图像传感器网络节点能够采集特定的车牌图像，并在节点上用本文改进的车牌识别算法完成车牌识别过程，并能将结果通过网络送到无线网络的协调器节点，经由协调器节点的串口送至上位机上显示。

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第1章 绪论

1.1 无线传感器网络概述

1.1.1 无线传感器网络特征

1.1.2 无线传感器网络的应用

1.2 汽车牌照识别技术综述

1.3 论文的研究意义、主要工作和组织结构

1.4 本章小结

第2章 车牌识别系统所涉及的数字图像处理技术

2.1 车牌识别算法的发展现状

2.2 图像预处理

2.2.1 灰度化

2.2.2 二值化

2.2.3 滤波

2.2.4 边缘检测

2.3 车牌定位及提取

2.3.1 形态学

2.4 字符分割

2.4.1 倾斜修正

2.4.2 车牌位置的精确定位以及字符分割

2.5 字符识别

2.6 JN5168节点上部分图像算法实现流程框架

2.7 本章小结

第3章 无线图像传感器网络硬件设计

3.1 无线图像传感器网络系统的整体设计框架

3.2 无线图像传感器网络终端节点的设计

3.2.1 JN5168无线微控制器

3.2.2 OV7670摄像头模块

3.2.3 FIFO AL244芯片

3.2.4 PCB转接板

3.2.5 无线图像传感器网络终端节点实物介绍

3.3 本章小结

第4章 无线图像传感器网络软件设计

4.1 图像采集相关程序流程

4.1.1 SCCB协议

4.1.2 FIFO AL244相关程序流程

4.1.3 OV7670相关时序操作

4.2 JN516X系列SDK——BeyondStuido

4.2.1 JN5168工程文件的系统框架

4.3 JN5168相关程序流程

4.3.1 JN5168无线图像传感器网络终端节点程序框架

4.3.2 JN5168串口以及MATLAB显示程序框架

4.4 本章小结

第5章 无线图像传感器网络实验测试

5.1 无线图像传感器网络系统整体运行流程

5.2 无线图像传感器网络调试校验结果

5.2.1 车牌图像采集结果

5.2.2 车牌定位结果

5.2.3 车牌精确定位以及字符处理结果

5.2.4 字符识别

5.2.5 无线图像传感器网络车牌识别实验运行结果

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及其他成果

致谢