CN103079051A

CN103079051A - 基于bf处理器的嵌入式图像处理系统及方法

Info

Publication number: CN103079051A
Application number: CN2012105564637A
Authority: CN
Inventors: 张谦; 裴海龙; 王乃洲; 叶翔
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明公开了一种基于BF处理器的嵌入式图像处理系统及方法，所述系统包括图像采集部分和图像处理部分，所述图像采集部分包括的图像传感器和CPLD；所述图像处理部分包括Blackfin531处理器，所述Blackfin531处理器包括外部总线接口和PPI接口，所述Blackfin531处理器通过外部总线接口扩展有的SDRAM和的FLASH存储器；所述图像传感器、CPLD、PPI接口和SDRAM依次连接。本发明的图像处理系统采用了BlackFin531处理器，集强大的信号处理性能和易用性于一身，在图像处理中可以达到高速度和高精度的效果，同时成本低廉。

Description

基于BF处理器的嵌入式图像处理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种图像处理系统及方法，尤其是一种基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统及方法，属于图像处理技术领域。

背景技术

视觉检测是利用智能化的图像采集处理系统，对检测目标的表面图像信号进行采集和处理，并输出处理结果，基于视觉检测的数字远程图像监控系统也是预防灾害事故发生的锐利武器。在采用小型无人直升机为载体的灾害检测系统中，由于机载的电子舱内已经放置了惯性导航设备、小型无人直升机的飞行控制系统以及系统工作工的电池。通常这些小型直升机体积相对较小而导致负重也小，因此就对机载设备提出了高精度、低功耗、微型化、低成本等多方面的苛刻要求。

据了解，目前还没有出现一种满足各方面要求的嵌入式平台应用于灾害监测系统对灾害图像进行分析处理。而近年来，随着芯片设计技术的飞速发展，可编程逻辑器件（CPLD）、数字信号处理器（DSP）等芯片的处理能力大幅提高，为使用嵌入式系统开发机器视觉的图像处理平台提供了便利。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种具有高可靠性和高集成度，而且功耗低、成本低的基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统。

本发明的另一目的在于提供一种基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统应用于灾害检测系统的图像处理方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统，包括图像采集部分和图像处理部分，其特征在于：

所述图像采集部分包括用于采集图像数据的图像传感器和用于驱动图像传感器工作并将图像数据写入图像处理部分的CPLD；

所述图像处理部分包括用于获取图像数据并对图像进行分析和处理的Blackfin531 处理器，所述Blackfin531处理器用于图像数据传输的PPI接口，所述Blackfin531处理器通过外部总线接口扩展有用于存储图像数据的SDRAM和用于存储代码信息的FLASH存储器；

所述图像传感器、CPLD、PPI接口和SDRAM依次连接。

作为一种优选方案，所述Blackfin531处理器还包括LCD接口，该LCD接口连接一台用于实现图形界面人机交互的TS8001P液晶屏；

作为一种优选方案，所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。

作为一种优选方案，所述SDRAM为HY57V561620芯片。

作为一种优选方案，所述FLASH存储器为AT45DB161D芯片。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统应用于灾害检测系统的图像处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统嵌入灾害检测系统，通过灾害检测系统的小型无人直升机拍摄到现场的图像，由CPLD驱动图像传感器采集原始图像数据；

2）CPLD产生符合PPI接口数据总线时序的信号，将原始图像数据写入到PPI接口的缓冲区中；

3）PPI接口结合Blackfin531处理器的DMA操作将原始图像数据存储在SDRAM中；

4）BlackFin531处理器获取到原始图像数据后，对原始图像进行分析与处理：将原始图像进行二值化，再对二值化后的结果进行中值滤波，然后再对中值滤波后的图像通过sobel算子进行边缘检测，根据边缘检测后的结果标定火焰所在的位置，采用模板匹配运算，从而滤除小区域内的白斑，识别出火焰。

作为一种优选方案，步骤1）中，所述CPLD通过外部同步信号和触发信号驱动图像传感器采集原始图像数据。

作为一种优选方案，步骤4）中，BlackFin531处理器是对二值化后的结果进行3*3的中值滤波。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的图像处理系统是采用了BlackFin531处理器，它兼备一个与通用微控制器相似的32bit类RISC指令集和16bit双乘法累加器（MAC），集强大的信号处理性能和易用性于一身，可稳定工作的频率达到600M Hz，能为系统提供高达1200MMA的运算能力，因此在图像处理中可以达到高速度和高精度的效果，同时成本低廉，适合作为图像处理平台的核心处理器。

2、本发明的图像处理系统通过CPLD驱动图像传感器采集原始图像数据，再通过BlackFin531处理器获取图像数据、完成图像的运算和处理运算结果，应用于灾害检测系统具有可靠性高、易用性强、集成度高和功耗低的优点。

附图说明

图1为本发明的图像处理系统结构原理框图。

图2为本发明的图像处理系统的图像处理流程示意图。

图3a-图3d为本发明测试时的图像处理示意图。

其中，1-图像传感器，2-CPLD，3-Blackfin531处理器，4-外部总线接口，5-PPI接口，6-SDRAM，7-FLASH存储器，8-LCD接口，9-TS8001P液晶屏。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实施例的图像处理系统包括图像采集部分和图像处理部分，所述图像采集部分包括图像传感器1和CPLD2，所述图像传感器1为CCD传感器或CMOS传感器；所述图像处理部分包括Blackfin531处理器3，所述Blackfin531处理器3包括PPI接口4和LCD接口8，所述Blackfin531处理器3通过外部总线接口扩展有32MB的SDRAM5和2MB的FLASH存储器6，所述SDRAM5为HY57V561620芯片，所述FLASH存储器6为采用SPI技术的AT45DB161D芯片，分别用于存储图像数据和程序代码信息；所述LCD接口8连接一台TS8001P液晶屏8，用于实现图形界面人机交互。所述图像传感器1、CPLD2、PPI接口4和SDRAM5依次连接。

图像数据传输接口PPI：BlackFin531处理器的PPI接口（并行外设接口），可以配置成8～16位数据宽度的多功能并行同步准双向接口，包括三条同步信号线和一个连接到外部时钟的时钟线，通过修改相应的寄存器设置PPI接口各种工作模式，所述PPI接口可以设置为ITU-R656输入模式、ITU-R656输出模式、通用输入模式和通用输出模式；每种工作模式中又可以设置数据宽度，同步时钟工作方式和数据打包/解包等多种工作条件，通过写PPI_CONTROL、PPI_DELAY和PPI_COUNT三个寄存器设置 PPI接口的工作模式。其中，PPI接口控制寄存器PPI_CONTROL主要设置同步时钟极性和设置数据时钟极性、数据宽度最小8位，最大16位、设置数据打包/解包模式，是否将输入的两个8位数据打包为1个16位数据存储、同步时钟工作模式、输入或输出子模式、输入或输出方向以及使能PPI接口；PPI接口延迟寄存器PPI_DELAY设置在行同步时钟有效后，延迟PPI_DELAY个数据时钟，PPI接口开始输入行像素；PPI接口计数寄存器PPI_COUNT是在行同步时钟有效期内，PPI接口输入或输出PPI_COUNT像素，相当于CPLD在一个图像传感器的行同步范围内写入的像素的个数，PPI接口的帧计数寄存器PPI_FRAME设计时考虑到PPI接口使用一个同步信号，就是CPLD的产生的图像传感器同步信号，PPI接口映射到一个DMA通道DMA0上，使用DMA0作为数据搬移通道，将PPI的数据搬移到SDRAM里。

图像存储的DMA控制：通过Blackfin531处理器的PPI接口，图像采集部分的CPLD产生符合PPI接口数据总线时序的信号，可将原始图像数据写入到PPI接口的缓冲区中，然而大量的原始图像数据需要完整保存在SDRAM中才能使得未能处理的图像不被后续图像覆盖，而PPI接口结合DMA可以将图像数据到SDRAM的数据流完全有硬件进行控制，节省系统资源。在Blackfin531的DMA通道映射表里，DMA通道是与PPI接口相映射的，原始图像数据的搬移就是通过DMA0通道实现。DMA传输的参数可以由描述符控制或寄存器控制，基于描述符的DMA传输需要一个配置好的参数集来描述DMA过程，这种方式支持一次DMA传输结束时自动启动另一次DMA传输。在这里，图像的数据搬移就是通过DMA的二维描述符模式进行的，并且使用了线性链表存储描述符的数组，每一个描述符描述了DMA的操作方式、目标内存起始位置、地址修正方式以及描述符链表指针等参数。

本实施例的工作过程如下：

如图1和图2所示，CPLD2根据外部同步信号和触发信号驱动图像传感器1采集原始图像数据，通过CPLD2产生符合PPI接口4数据总线时序的信号，写入到PPI接口4的缓冲区中，PPI接口4结合Blackfin531处理器3的DMA传输将原始图像数据存入SDRAM5中，而BlackFin531处理器3获取到这些图像数据后，对图像进行分析与处理，最后输出处理结果。

本实施例的测试过程如下：

1）通过红外相机拍摄到图像，如图3a所示，该原始图像宽度为500，高度为400，通过CPLD2驱动图像传感器1采集原始图像数据；

2）CPLD2产生符合PPI接口4数据总线时序的信号，将原始图像数据写入到PPI接口4的缓冲区中；

3）PPI接口4结合Blackfin531处理器3的DMA传输将原始图像数据存储在SDRAM5中；

4）BlackFin531处理器3获取到原始图像数据后，对原始图像进行分析与处理：将原始图像进行二值化，如图3b所示；再对二值化后的结果进行3*3的中值滤波，如图3c所示；然后再对中值滤波后的图像通过sobel算子进行边缘检测，如图3d所示；根据边缘检测后的结果标定火焰所在的位置，采用模板匹配运算，从而滤除小区域内的白斑，识别出火焰。

测试结果表明，本实施例的图像处理系统完成一次运算流程的时间为450ms，这个时间对于实际灾害检测时，可以达到每秒钟两次的判断，可以满足实际处理的要求。

本实施例的图像处理系统具有可靠性高、易用性强、集成度高和功耗低的优点，而且成本低廉，可以广泛应用于小型无人直升机为载体的灾害检测系统，同时对其他机器视觉系统的图像处理产生启示。

以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统，包括图像采集部分和图像处理部分，其特征在于：

所述图像采集部分包括用于采集图像数据的图像传感器（1）和用于驱动图像传感器（1）工作并将图像数据写入图像处理部分的CPLD（2）；

所述图像处理部分包括用于获取图像数据并对图像进行分析和处理的Blackfin531处理器（3），所述Blackfin531处理器（3）包括用于图像数据传输的PPI接口（4），所述Blackfin531处理器（3）通过外部总线接口扩展有用于存储图像数据的SDRAM（5）和用于存储代码信息的FLASH存储器（6）；

所述图像传感器（1）、CPLD（2）、PPI接口（4）和SDRAM（5）依次连接。

2.根据权利要求1所述的基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统，其特征在于：所述Blackfin531处理器（3）还包括LCD接口（7），该LCD接口（7）连接一台用于实现图形界面人机交互的TS8001P液晶屏（8）。

3.根据权利要求1或2所述的基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统，其特征在于：所述图像传感器（1）为CCD传感器或CMOS传感器。

4.根据权利要求1或2所述的基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统，其特征在于：所述SDRAM（5）为HY57V561620芯片。

5.根据权利要求1或2所述的基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统，其特征在于：所述FLASH存储器（6）为AT45DB161D芯片。

6.基于权利要求1所述系统应用于灾害检测系统的图像处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将基于Blackfin531的嵌入式图像处理系统嵌入灾害检测系统，通过灾害检测系统的小型无人直升机拍摄到现场的图像，由CPLD（2）驱动图像传感器（1）采集原始图像数据；

2）CPLD（2）产生符合PPI接口（4）数据总线时序的信号，将原始图像数据写入到PPI接口（4）的缓冲区中；

3）PPI接口（4）结合Blackfin531处理器（3）的DMA传输将原始图像数据存储在SDRAM（5）中；

4）BlackFin531处理器（3）获取到原始图像数据后，对原始图像进行分析与处理：将原始图像进行二值化，再对二值化后的结果进行中值滤波，然后再对中值滤波后的图像通过sobel算子进行边缘检测，根据边缘检测后的结果标定火焰所在的位置，采用模板匹配运算，从而滤除小区域内的白斑，识别出火焰。

7.根据权利要求6所述的图像处理方法，其特征在于：步骤1）中，所述CPLD（2）通过外部同步信号和触发信号驱动图像传感器（1）采集原始图像数据。

8.根据权利要求6所述的图像处理方法，其特征在于：步骤4）中，BlackFin531处理器（3）是对二值化后的结果进行3*3的中值滤波。