基于嵌入式Linux的图像采集系统的设计

论文摘要

嵌入式图像采集系统所具备的灵活性、软硬件可裁剪性、体积小型化、成本低、功耗低和片上系统的特点,不仅适合于通用性强的图像采集,而且在铁道监控和安全检测等方面有着广泛的应用。列车轮对探伤和尺寸检测是铁路安全检测的一个重要组成部分,其中,对轮对图像的采集、传输及后续的图像处理技术能够很好地探测和发现有伤的车轮,并且能够检测轮对的外形尺寸,所以轮对图像的采集是较为重要的一项工作。本文正是在这样的背景下设计并实现了一套图像嵌入式采集系统。通过大量调研国内外已有的图像采集系统,本文选择了嵌入式技术来设计整套系统,它是利用ARM技术和Linux技术来进行图像的采集。整个图像嵌入式采集系统主要由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统由嵌入式微处理器、外围接口电路、摄像头、LCD显示器和远程计算机等组成,前端摄像头负责对在线的车轮进行图像采集,然后将采集到的数据传送回开发板,再由开发板负责将数据实时传送至其上指定的显示缓冲区用以完成在LCD上的图像实时显示,最后将图像数据通过网络上传至远程计算机。软件系统由嵌入式操作系统和应用软件组成,嵌入式操作系统建立在硬件平台基础上,操作系统用来驱动系统的硬件设备,并给应用软件提供运行环境和接口,应用程序建立在操作系统上,是实现嵌入式图像采集系统各种功能的主要部分,包括图像采集与显示、图像压缩等。本文在确定图像采集系统方案后,重点进行了系统的硬件平台设计、嵌入式Linux操作系统的建立以及图像采集与显示程序的设计。本系统硬件平台设计方案采用核心板加外围设备的方式。核心板采用的CPU为Samsung公司的$3C2440A芯片,以此为基础在核心板上集成了一些必要的外围资源。外围设备主要包括：USB摄像头、输入设备(键盘)、LCD显示屏、远程计算机。图像采集功能是在基于OV511芯片的USB摄像头的基础上进行的,利用Video for LinuxAPI函数接口,即可完成图像的采集。在完成了系统软硬件设计之后,进行了现场系统实验。实验结果表明,本套系统能够完成图像嵌入式采集,达到了设计的预期目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 本文研究内容及结构
• 第2章 嵌入式系统概念及图像采集系统总体方案设计
• 2.1 嵌入式系统的基本概念
• 2.1.1 嵌入式系统的定义、特点及组成结构
• 2.1.2 嵌入式系统的开发流程
• 2.1.3 嵌入式开发与传统软件开发的区别
• 2.2 嵌入式操作系统
• 2.2.1 嵌入式操作系统分类
• 2.2.2 嵌入式Linux操作系统
• 2.2.3 与传统Windows操作系统的比较
• 2.3 ARM微处理器介绍
• 2.3.1 RISC体系结构
• 2.3.2 ARM微处理器指令结构
• 2.3.3 ARM微处理器的寄存器结构
• 2.3.4 ARM微处理器的运行模式
• 2.3.5 与通用计算机CPU的比较
• 2.4 图像采集系统总体方案设计
• 2.4.1 硬件系统的设计
• 2.4.2 软件系统的设计
• 第3章 系统硬件平台设计
• 3.1 系统硬件结构概述
• 3.2 嵌入式微处理器
• 3.3 USB摄像头
• 3.4 SDRAM模块
• 3.5 LCD模块
• 3.6 几种图像采集系统硬件平台的比较
• 第4章 嵌入式软件开发环境的建立
• 4.1 开发环境的建立和配置
• 4.1.1 建立宿主机开发环境
• 4.1.2 串口通讯设置
• 4.1.3 安装交叉编译器
• 4.2 引导装载程序bootloader
• 4.2.1 bootloader简介
• 4.2.2 bootloader启动流程
• 4.3 Linux操作系统的移植
• 4.3.1 前期准备工作
• 4.3.2 外部设备驱动的实现
• 4.3.3 Linux内核编译
• 4.4 根文件系统的建立
• 4.4.1 文件系统简介
• 4.4.2 YAFFS文件系统的移植
• 第5章 图像采集和显示程序设计
• 5.1 摄像头驱动加载
• 5.2 V4L程序设计
• 5.2.1 视频编程流程
• 5.2.2 定义的数据结构及使用的函数
• 5.2.3 Video4Linux支持的数据结构及其用途
• 5.2.4 编程中关键步骤介绍
• 5.2.5 截取图像的方法
• 5.2.6 图像采集主要代码
• 5.3 VFB程序设计
• 5.3.1 图像显示编程流程
• 5.3.2 定义的数据结构及使用的函数
• 5.3.3 FrameBuffer支持的数据结构及其用途
• 5.3.4 编程中关键步骤介绍
• 5.3.5 图像显示方法
• 5.3.6 帧缓冲显示图像
• 5.4 图像数据压缩
• 5.5 应用程序移植
• 第6章 现场系统实验及结果分析
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文