基于嵌入式Linux系統的圖像處理研究論文

　　摘 要：嵌入式圖像處理系統的完成將為圖像處理開(kāi)辟新的實(shí)現途徑，并且為嵌入式系統的應用打開(kāi)一片新的領(lǐng)域�；�于嵌入式平臺的圖像處理系統是未來(lái)圖像處理系統的發(fā)展趨勢，研究如何將嵌入式平臺和圖像處理結合起來(lái)，對于進(jìn)一步拓展圖像處理應用領(lǐng)域具有非常深遠的意義。本文分別介紹本系統軟硬件整體設計及嵌入式圖像處理系統開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式；Linux；圖像處理

　　引言

　　數字圖像處理系統是執行處理圖像、分析理解圖像信息任務(wù)的計算機系統。盡管圖像處理技術(shù)應用廣泛，圖像處理系統種類(lèi)很多，但他們的基本組成是相近的。嵌入式數字圖像處理系統主要包括：圖像輸入設備、執行處理分析與控制的微處理器、輸出設備、存儲系統中的圖像數據庫、圖像處理程序庫。

　　一、嵌入式系統圖像處理技術(shù)研究現狀

　　目前國內外嵌入式圖像處理系統正在成為微型計算機開(kāi)發(fā)的熱門(mén)研究課題。結合嵌入式系統的高端圖像處理性能，手機、數碼、mp4等產(chǎn)品的嵌入式處理器已在上述市場(chǎng)中占有比較大的份額，而且嵌入式系統已成功應用于醫療設備、機器人控制中的圖像領(lǐng)域，現代戰爭中利用圖像進(jìn)行的精確制導、無(wú)人飛機的電視導航等。

　　美國“索杰納”火星車(chē)作為技術(shù)高密集的移動(dòng)機器人，采用的是美國WindRiver公司的Vxworks嵌入式操作系統�；鹦擒�(chē)上負責采集、處理傳輸圖像的控制器采用16位以上的處理器，各種MCU如ARM、MIPS、68K系列的處理器在控制器中占據核心地位。

　　近年來(lái)，結合嵌入式系統、DSP和實(shí)時(shí)圖像處理等領(lǐng)域的最新發(fā)展，嵌入式實(shí)時(shí)圖像處理系統采用基于DSP+FPGA+ARM的硬件系統架構設計，將高速的DSP與在通訊、網(wǎng)絡(luò )和實(shí)時(shí)控制方面具有獨特優(yōu)勢的StrongARM處理器以及接口邏輯豐富、并行運算能力強大的FPGA結合起來(lái)，為嵌入式實(shí)時(shí)環(huán)境下一些復雜算法的實(shí)現開(kāi)辟了新的途徑。但該系統在軟件實(shí)現中的一些關(guān)鍵問(wèn)題，特別是DSP代碼的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化等內容還不成熟和完善。

　　在軟件方面，大多數嵌入式操作系統一般采用微內核結構，內核只提供基本的功能，例如任務(wù)調度、任務(wù)之間的通信與同步、內存管理、時(shí)鐘管理等，其它的應用組件，比如網(wǎng)絡(luò )功能、GUI系統等均工作在用戶(hù)態(tài)，以系統進(jìn)程或系統調用的方式工作。因而整個(gè)系統都是可裁減的，用戶(hù)可以根據特定應用要求選用相應的組件。嵌入式操作系統主要有Vxworks、QNX、PalmOS、Windows CE、Linux等。

　　二、Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立

　　嵌入式Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境有幾個(gè)方案：

　�。�1）基于PC機Windows操作系統下的CYGWIN。

　�。�2）在Windows下安裝虛擬機后，再在虛擬機中安裝Linux操作系統。

　�。�3）直接安裝Linux操作系統。

　　我們實(shí)際的開(kāi)發(fā)環(huán)境為第二種方法，即在虛擬機new Red Hat Linux VMware Workstation中安裝Red Hat Linux 9.0，它支持中文，并且包含了絕大部分的開(kāi)發(fā)工具。開(kāi)發(fā)環(huán)境建立步驟如下：

　　操作系統使用Red Hat Linux 9.0，選擇完全安裝，需要磁盤(pán)空間大約5G。接著(zhù)安裝Linux的編譯器和開(kāi)發(fā)庫以及ARM-Linux的所有源代碼，需要空間大約為800M。然后安裝相應的GCC交叉編譯器arm-linux-gcc。配置開(kāi)發(fā)主機，配置Minicom，該軟件作為調試嵌入式開(kāi)發(fā)板信息輸出的監視器和鍵盤(pán)輸入的工具，一般參數為波特率115200，數據位8位，停止位1，無(wú)奇偶校驗，軟硬件控制流設為無(wú)。

　　關(guān)閉防火墻，配置NFS網(wǎng)絡(luò )文件系統。建立引導裝載程序Bootloader，本文使用北京博創(chuàng )公司提供的vivi。然后下載ARM-Linux，添加自己的特定硬件的驅動(dòng)程序，使用模塊方式調試驅動(dòng)。建立根文件系統，使用Busybox軟件進(jìn)行功能裁減，產(chǎn)生一個(gè)最基本的根文件系統，再根據自己的應用需要添加其他的程序。修改根文件系統中的啟動(dòng)腳本，它的存放位置位于/etc目錄下，包括：/etc/init.d/rc.S、/etc/profile等，自動(dòng)掛裝文件系統的配置文件/etc/fstab。根文件系統在嵌入式系統中一般設為只讀，需要使用mkcramfs、genromfs等工具產(chǎn)生燒寫(xiě)映象文件。建立應用程序的flash磁盤(pán)分區，本系統使用線(xiàn)性Nor-Flash，使用YAFFS文件系統，在內核中提供文件系統驅動(dòng)。最后將開(kāi)發(fā)的應用程序下載到根文件系統中。

　　三、圖像采集和顯示設備分析

　　在圖像采集模塊，遵循V4L（Video for Linux）的標準，使用網(wǎng)眼PC350攝像頭采集圖像。整體的USB圖像采集部分可由CMOS圖像傳感器、USB Camera控制器OV511和256K RAM構成。OV511內置了USB收發(fā)控制器，能夠將數字圖像數據通過(guò)USB傳給ARM處理器，保證了數據的快速實(shí)時(shí)。ARM處理器通過(guò)USB配置OV511，OV511則對CMOS圖像傳感器的控制字進(jìn)行配置。圖1為圖像采集子系統框圖。

　　圖像顯示模塊采用8""TFT彩色液晶觸摸屏，256色，分辨率為640×480，點(diǎn)距為0.2535×0.253，通過(guò)32針并口與開(kāi)發(fā)板通訊。

　　四、軟件的多線(xiàn)程整體設計

　　線(xiàn)程是一組指令的集合，或者是程序的特殊段，它可以在程序里獨立執行，所以線(xiàn)程基本上是輕量級的進(jìn)程，它負責在單個(gè)程序里執行多任務(wù)。多線(xiàn)程程序作為一種多任務(wù)、并發(fā)的工作方式，最突出的優(yōu)點(diǎn)就是提高應用程序的響應速度。使用多線(xiàn)程技術(shù)，可以避免主程序等待的情況，從而提高程序運行效率。

　　通常嵌入式系統中圖像采集速度較快，而圖像處理速度較慢，為解決二者速度不匹配和資源共享問(wèn)題，以提高系統工作效率，本文采用圖像采集和處理多線(xiàn)程設計，通過(guò)互斥鎖和條件變量來(lái)同步線(xiàn)程。設計建立帶互斥鎖的4幀圖像緩存區作為圖像采集線(xiàn)程和圖像處理線(xiàn)程進(jìn)行數據交換的共享緩沖區。圖像采集線(xiàn)程順序地從V4L接口程序獲取圖像存入共享緩存區，然后由圖像處理線(xiàn)程不斷地從共享緩沖區讀取數據幀進(jìn)行處理。主流程如圖2所示。

　　圖2 系統主流程圖

　　程序首先進(jìn)行視頻設備初始化，獲取攝像頭基本信息和采集圖像的各種屬性，并分配4幀圖像緩存區struct image_buf{int buffer[BUFFER_SIZE]；pthread_mutex_t lock；int readpos，writepos；pthread_cond_t notempty；pthread_cond_t notfull；}；再啟動(dòng)圖像采集線(xiàn)程pthread_create（&th_cap，NULL，capture，0）進(jìn)行圖像采集，建立圖像處理線(xiàn)程pthread_create（&th_pro，NULL，process，0）進(jìn)行圖像處理；其中，互斥鎖lock用來(lái)實(shí)現兩線(xiàn)程間圖像數據的共享和通信，但只有鎖定和非鎖定兩種狀態(tài)，因此通過(guò)設置條件變量notempty、notfull來(lái)監聽(tīng)圖像緩存區狀態(tài)，通過(guò)允許線(xiàn)程阻塞和等待另一個(gè)線(xiàn)程發(fā)送信號的方法彌補互斥鎖的不足。Readpos和writepos用來(lái)確定緩沖區中圖像的讀寫(xiě)位置。

　　五、結束語(yǔ)

　　基于嵌入式系統的圖像處理與界面開(kāi)發(fā)技術(shù)將嵌入式技術(shù)的多功能、可配置、多種通信模式、方便的網(wǎng)絡(luò )接口、人機用戶(hù)界面、實(shí)時(shí)性帶入了圖像處理領(lǐng)域。伴隨著(zhù)圖像處理技術(shù)應用的深入，再結合嵌入式操作系統的強大功能，圖像處理技術(shù)的發(fā)展方向將越來(lái)越寬廣。

　　參考文獻：

　　[1] 張瑩，李鵬，陳立峰等.嵌入式系統發(fā)展綜述.電子技術(shù)，2008，24（6）：74-78

　　[2] 郭劍鋒.基于A(yíng)RM微處理器的以太網(wǎng)工業(yè)智能控制器.制造業(yè)自動(dòng)化，2004，26（3）：76-78

　　[3] D.E.Simon，陳向群等譯.嵌入式系統軟件教程.北京：機械工業(yè)出版社，2005：23-65

　　[4] 張懷柱，尹傳歷，宋建中等.基于DSP的嵌入式顯微圖像處理系統的設計.電子技術(shù)應用，2008（1）：30-34

　　[5] 李志能.基于A(yíng)RM和DSP的嵌入式實(shí)時(shí)圖像處理系統設計與研究.[浙江大學(xué)碩士畢業(yè)論文]，2005：2-10

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