基于ARM的无线传感器网络多帧图像采集与处理

论文摘要

无线传感器网络在现代信息采集中具有广泛应用。本论文的研究背景就是无线传感器网络应用于海上无人值守的实时监测系统。本论文的主要任务是实现基于ARM处理器的海上无线传感器网络目标外轮廓图像的采集与处理。课题研究的内容是目标图像外轮廓的采集与处理的软硬件设计。首先,对系统的整体选型做了研究,硬件系统主控制器采用ARM9微处理器,结合Linux操作系统做为软件开发平台。图像的采集主要实现USB摄像头驱动的改写与移植,经过测试能顺利驱动USB中星微zc0301摄像头；编写了基于V4L2视频采集标准的多帧图像采集的应用程序,实现了任意多帧图像的采集与保存,方便系统传输模块读取发送数据。由于无线传感网络各节点数据的协作传输,同一时刻的数据量大,而图像数据量庞大,信道宽度有限,为保证传输速度,必须减少数据量。本论文针对课题对图像信号的要求,设计了对图像外轮廓的边缘检测后进行链码压缩编码。图像处理模块包括图像预处理、边缘检测和链码压缩。测试结果表明链码压缩比高,大大减少了图像数据,且图像信号符合要求,保证了传输速率,达到了传感器网络实时监测的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文研究背景
• 1.3 本论文的研究意义
• 1.4 嵌入式与嵌入式图像采集和处理发展概况
• 1.4.1 嵌入式处理器发展概况
• 1.4.2 嵌入式图像采集与处理现状
• 1.5 本论文的结构
• 2 系统功能分析和总体构架
• 2.1 嵌入式系统基本知识
• 2.1.1 嵌入式系统定义
• 2.1.2 嵌入式系统开发的流程
• 2.1.3 嵌入式系统开发模式
• 2.2 系统功能分析和设计目标
• 2.2.1 系统的功能分析
• 2.3 ARM处理器选型
• 2.3.1 嵌入式处理器
• 2.3.2 ARM嵌入式处理器的RISC结构体系架构
• 2.3.4 ARM7、ARM9、ARM10、strongARM性能比较
• 2.3.5 ARM9嵌入式处理器
• 2.4 嵌入式操作系统选择
• 2.4.1 嵌入式操作系统分类
• 2.4.2 嵌入式操作系统选择Linux的原因
• 3 ARM嵌入式图像采集系统软硬件构建
• 3.1 ARM嵌入式系统硬件环境
• 3.2 ARM嵌入式系统软件环境
• 3.2.1 交叉编译环境
• 3.2.2 宿主机软件环境搭建
• 3.2.3 安装交叉编译工具链
• 3.3 目标板软件系统的构建
• 3.3.1 Bootloader引导装载程序
• 3.3.1.1 Bootloader简介
• 3.3.1.2 Bootloader启动的两个阶段
• 3.3.1.3 Bootloader与内核的交互
• 3.4 目标板软件系统的构建
• 3.4.1 安装内核源代码
• 3.4.2 配置内核
• 3.4.3 根文件系统的建立
• 3.5 小结
• 4 LINUX下USB摄像头驱动开发
• 4.1 Linux下驱动程序基础
• 4.1.1 应用程序、库、内核、驱动程序的关系
• 4.1.2 驱动程序的加载和卸载
• 4.2 USB摄像头驱动编写
• 4.2.1 USB驱动程序概述
• 4.2.2 USB驱动框架内核代码分析
• 4.3 USB摄像头驱动实现
• 4.3.1 USB驱动程序编写
• 4.3.2 USB驱动程序编译移植
• 4.4 小结
• 5 USB摄像头采集的设计与实现
• 5.1 USB摄像头图像采集
• 5.1.1 Linux下视频标准V4L2简介
• 5.1.2 V4L2主要数据结构分析
• 5.1.3 V4L2主要控制函数分析
• 5.1.4 V4L2主要用到的系统调用函数原型
• 5.1.5 V4L2mmap内存映射方式
• 5.2 V4L2主图像采集主要步骤
• 5.3 图像采集程序测试与实现
• 5.4 小结
• 6 图像处理
• 6.1 基于嵌入式的图像采集
• 6.2 基于嵌入式的图像处理要求
• 6.3 基于嵌入式的图像处理模块
• 6.4 嵌入式图像处理算法的设计与实现
• 6.4.1 图像去噪
• 6.4.2 直方图均衡化
• 6.4.3 边缘检测
• 6.4.4 链码压缩
• 6.5 图像处理在ARM上实现
• 6.6 小节
• 7 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献