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摘 要：现阶段通常使用摄像头采集图像，随着技术逐渐成熟，图像采集的质量愈加提升，但传统图像处理技术过分依赖电子设备。因此，嵌入式图像采集与处理系统应运而生，且具备一定的优势。本文通过分析嵌入式图像采集与处理系统应用优势，对该技术所构成的设计方案与软硬件实现进行简要分析，供相关人员以参考。
关键词：嵌入式;图像采集处理;软件设计
Abstract： at this stage，we usually use cameras to capture images.With the development of technology， the quality of image acquisition is improved， but the traditional image processing technology relies too much on electronic equipment. Therefore， the embedded image acquisition and processing system came into being， and has certain advantages. By analyzing the application advantages of the embedded image acquisition and processing system， this paper makes a brief analysis of the design scheme and hardware and software implementation of the technology， which can be used as a reference for relevant personnel.
Key words： embedded; image acquisition and processing; software design
引言：信息化时代背景下，先进的网络技术以及数字信息技术得到了高速发展，传统PC将会被取代，后PC时代来临，嵌入式概念逐渐被人们接受，融入现代人生产生活中。如，测量监控、智能交通、家电等，均得益于图像采集与处理系统，有效减少了功耗并节约了占用空间。但在实际应用中，仍存在相应缺陷，需要对嵌入式图像采集与处理系统的实现技术进一步研究。
1嵌入式图像采集与处理系统优势
在嵌入式图像采集与处理系统未被开发出之前，传统上图像采集方式主要是通过CCD相机进行拍摄，拍摄完成后在安装了视频采集卡的PC机上完成数字图像的转换，转换结束后的图片可直接存储于PC机硬盘中。图1为传统图像采集与处理流程。
随着科学技术的进步，视觉检测技术逐渐被人们接受并推广，在现代工业中得到广泛应用。此背景下，传统图像采集与处理系统显现弊端，难以满足时代发展需求。如，CCD相机只具备拍摄功能，处理图片还需借助PC机完成，不仅处理效率较低，且对于较小的工业安装环境而言，占据了较大的空间等[1]。基于此，科研人员致力于保留传统图像采集与處理优势的基础上，将其进行改进并推出新型技术，嵌入式图像采集与处理系统应运而生。
嵌入式技术集合了半导体技术、电子技术以及计算机技术等为一体，随着研究的深入，技术人员将会重视研究其功能和体积方面，该系统未来将会具备更加丰富的功能、更加精小的体积[2]。相较于传统图像采集与处理方式，嵌入式系统具备功耗较低、性能优越、可靠性强等优势，能够满足现代工业的需求，在条件复杂的工业环境中也能够胜任[3]。
2嵌入式图像采集与处理系统的构成与实现
2.1嵌入式图像采集与处理系统的构成
结合现阶段社会上对图像采集实际需求分析，嵌入式图像采集与处理系统主要由五部分构成，即光学镜头、传感器驱动电路、图像处理电路、通信接口电路、上位机[4]。
2.1.1光学镜头
目前普遍采用的两种图像传感器分别为CCD与CMOS，此两者均是利用感光二极管（Photodiode）进行光电转换，将所采集的图像转换为数字数据，而两者间的差异则是数字数据传送方式不同。根据各项比对试验，可知CCD传感器灵敏度、分辨率、噪声控制程度等方面具有更大的优势，而CMOS具有更低成本、更低功耗、高整合度等优点。现阶段这种传感器差异有逐渐缩小态势，能够适应更高端的图像产品，因此在选用时需根据实际情况决定。
2.1.2传感器驱动电路
CCD呼出的视频信号为视频模拟信号，而CMOS呼出的则是数字信号，在嵌入式图像采集处理系统的设计中，可使传感器驱动电路具备选通功能，即保障同一时间内，只有一种格式的信号可传送至图像处理电路。
2.1.3图像处理电路
整个嵌入式图像采集与处理系统中最为核心的部分就是图像处理电路，在核心处理器的选择方面，应结合实际需求，并从芯片的信号处理能力、数字视频应用等方面进行综合考虑，保证图像处理电路能够有效发挥其对获取原始采集图像、发送以及编码等作用。
2.1.4通信接口电路
主要是指中央处理器与标准通信子系统之间的接口。在工业中工艺选择的通讯接口种类较多，常见的有标准串口（RS232）、GPIB、以太网、USB、无线、多机同步接口等。
2.1.5上位机
是指能够直接发出操控命令的计算机，通常情况下上位机将命令发送给下位机，而下位机在根据收到的指令解释成相应时序信号并对相关设备进行直接控制。同时，下位机不定时读取设备状态数据，转换成数字信号后向上位机反馈，可在界面上直接显示出视频图像信息。
2.2嵌入式图像采集与处理系统的实现
2.2.1读入文件 通常情况下，嵌入式平台中没有自带的实际文件库以实现系统的运行，因此系统得以实现的基础是需要将文件准确读入至内存中。假设嵌入式图像处理系统需处理256色图像以及真彩图两大模块图像，则需要通过两个文件读入函数的设计来实现。文件读入是算法中的重点，可将两个函数放入文件夹中作为后续备用文件，图像数据应读取的公共函数分别为：getTruePixel（char bmpname[]，color，int pwidth，inr mapheighr）以及Getpixel（char bmpname[]，colorbuf，pale，intmapheight）。
2.2.2实现图形界面
图形界面的实现，需要具备良好的人机交互界面，且系统能够通过层次化结构实现图形界面，其中的接口也可通过图像方式进行表示，键盘消息以及触摸屏可与各分支相呼应。针对主界面接口的实现问题，需了解主界面接口的重要性。作为系统的核心，主界面接口包含引导界面的功能，并向下发展了各种不同框架算法。从整体的角度上分析，主界面接口发挥着承上启下的作用，即能够实现嵌入式系统分级映射的处理方式[5]。图2 是以某个接口代码为例的消息等待的循环。
由图中可知，（1）代表代码等待消息，之后实现消息等待，如果满足（3）消息类型的条件，系统则会自动提取消息中的触摸点纵横坐标参数。确定消息参数后，进入到接口程序分支判断，依据判断结果，转入到分支实现函数调用。（8）表示接口部分，其上下部分都在为连接接口的前期工作进行必要处理。
2.2.3嵌入式系统的运行
嵌入式图像处理系统采用事件驱动编程，此种形式下，程序流程存在若干个出口的线路，且一直保持循环状态[6]。程序通过接受外部输入设备提供的操作指令如进行鼠标操作或按键操作等，系统程序将会根据事件类别做出针对性回应，发挥相应的功能，直至程序接收到消息。事实上，事件驱动属于底层设备，主要包括消息循环以及消息队列，可以通过命令自动进入到图像处理系统中，引出引导界面，操作员可点击触摸屏任意位置进入到系统主界面。
2.3搭建嵌入式系统硬件平台
在嵌入式图像采集与处理系统硬件平台主要由电源、复位、通信、传感器、存储以及主处理器等模块构成，该系统整体功能实现的基础与关键则是硬件平台，具体体现在微处理器、平臺总体设计以及硬件功能模块等方面。其中，可选择ARM作为微处理器。ARM处理器具备使用范围广、功耗较小、性能高等优点，能够满足大部分平台应用要求，如选用以ARM920T为基础的S3C2410微处理器。该型号微处理器内部具有较多的集成资源，且在控制器以及计数器等方面具备较高性能。为进一步满足平台应用要求，应注意平台总体设计，可以考虑以处理器为核心，将VGA模块、SDRAM、JTAG、图像输入模块、电源管理模块以及触摸屏模块与嵌入式系统充分融合。
结论：相较于传统图像采集与处理，运用嵌入式技术设计图像采集与处理系统，具备更多优势。嵌入式图像采集与处理系统被广泛应用，现阶段通过模块化设计，嵌入式图像系统不仅能够实现在线自动处理图像信息，也能实现图像几何变换、分割、增强及目标定位等功能。在此基础上，应进一步开发嵌入式系统，使其在图像采集与处理方面发挥更大效用。
参考文献：
[1]李旭华.基于虚拟仪器的嵌入式图像采集处理系统的设计[J].嘉应学院学报，2019，37（06）：38-42.
[2]刘应盼.基于ZYNQ的图像采集处理系统设计与实现[D].西安电子科技大学，2019.
[3]李文瑞.不同光照下基于ZYNQ的嵌入式实时图像处理[D].陕西师范大学，2019.
[4]李旭华.基于虚拟仪器的嵌入式图像采集处理系统的设计[J].嘉应学院学报，2019，37（06）：38-42.
[5]徐淼华，石守东，李俊晖.基于嵌入式的双目人体图像采集系统设计[J].无线通信技术，2019，28（02）：25-29.
[6]郝惠惠，张君君.分析嵌入式单片机系统在图像采集中的运用[J].电子测试，2018（24）：22-23+84.
作者简介：
吴文庆（1973-），男，黑龙江齐齐哈尔人，教授，硕士，从事软件工程技术研究。
关键词：嵌入式;图像采集处理;软件设计
Abstract： at this stage，we usually use cameras to capture images.With the development of technology， the quality of image acquisition is improved， but the traditional image processing technology relies too much on electronic equipment. Therefore， the embedded image acquisition and processing system came into being， and has certain advantages. By analyzing the application advantages of the embedded image acquisition and processing system， this paper makes a brief analysis of the design scheme and hardware and software implementation of the technology， which can be used as a reference for relevant personnel.
Key words： embedded; image acquisition and processing; software design
引言：信息化时代背景下，先进的网络技术以及数字信息技术得到了高速发展，传统PC将会被取代，后PC时代来临，嵌入式概念逐渐被人们接受，融入现代人生产生活中。如，测量监控、智能交通、家电等，均得益于图像采集与处理系统，有效减少了功耗并节约了占用空间。但在实际应用中，仍存在相应缺陷，需要对嵌入式图像采集与处理系统的实现技术进一步研究。
1嵌入式图像采集与处理系统优势
在嵌入式图像采集与处理系统未被开发出之前，传统上图像采集方式主要是通过CCD相机进行拍摄，拍摄完成后在安装了视频采集卡的PC机上完成数字图像的转换，转换结束后的图片可直接存储于PC机硬盘中。图1为传统图像采集与处理流程。
随着科学技术的进步，视觉检测技术逐渐被人们接受并推广，在现代工业中得到广泛应用。此背景下，传统图像采集与处理系统显现弊端，难以满足时代发展需求。如，CCD相机只具备拍摄功能，处理图片还需借助PC机完成，不仅处理效率较低，且对于较小的工业安装环境而言，占据了较大的空间等[1]。基于此，科研人员致力于保留传统图像采集与處理优势的基础上，将其进行改进并推出新型技术，嵌入式图像采集与处理系统应运而生。
嵌入式技术集合了半导体技术、电子技术以及计算机技术等为一体，随着研究的深入，技术人员将会重视研究其功能和体积方面，该系统未来将会具备更加丰富的功能、更加精小的体积[2]。相较于传统图像采集与处理方式，嵌入式系统具备功耗较低、性能优越、可靠性强等优势，能够满足现代工业的需求，在条件复杂的工业环境中也能够胜任[3]。
2嵌入式图像采集与处理系统的构成与实现
2.1嵌入式图像采集与处理系统的构成
结合现阶段社会上对图像采集实际需求分析，嵌入式图像采集与处理系统主要由五部分构成，即光学镜头、传感器驱动电路、图像处理电路、通信接口电路、上位机[4]。
2.1.1光学镜头
目前普遍采用的两种图像传感器分别为CCD与CMOS，此两者均是利用感光二极管（Photodiode）进行光电转换，将所采集的图像转换为数字数据，而两者间的差异则是数字数据传送方式不同。根据各项比对试验，可知CCD传感器灵敏度、分辨率、噪声控制程度等方面具有更大的优势，而CMOS具有更低成本、更低功耗、高整合度等优点。现阶段这种传感器差异有逐渐缩小态势，能够适应更高端的图像产品，因此在选用时需根据实际情况决定。
2.1.2传感器驱动电路
CCD呼出的视频信号为视频模拟信号，而CMOS呼出的则是数字信号，在嵌入式图像采集处理系统的设计中，可使传感器驱动电路具备选通功能，即保障同一时间内，只有一种格式的信号可传送至图像处理电路。
2.1.3图像处理电路
整个嵌入式图像采集与处理系统中最为核心的部分就是图像处理电路，在核心处理器的选择方面，应结合实际需求，并从芯片的信号处理能力、数字视频应用等方面进行综合考虑，保证图像处理电路能够有效发挥其对获取原始采集图像、发送以及编码等作用。
2.1.4通信接口电路
主要是指中央处理器与标准通信子系统之间的接口。在工业中工艺选择的通讯接口种类较多，常见的有标准串口（RS232）、GPIB、以太网、USB、无线、多机同步接口等。
2.1.5上位机
是指能够直接发出操控命令的计算机，通常情况下上位机将命令发送给下位机，而下位机在根据收到的指令解释成相应时序信号并对相关设备进行直接控制。同时，下位机不定时读取设备状态数据，转换成数字信号后向上位机反馈，可在界面上直接显示出视频图像信息。
2.2嵌入式图像采集与处理系统的实现
2.2.1读入文件 通常情况下，嵌入式平台中没有自带的实际文件库以实现系统的运行，因此系统得以实现的基础是需要将文件准确读入至内存中。假设嵌入式图像处理系统需处理256色图像以及真彩图两大模块图像，则需要通过两个文件读入函数的设计来实现。文件读入是算法中的重点，可将两个函数放入文件夹中作为后续备用文件，图像数据应读取的公共函数分别为：getTruePixel（char bmpname[]，color，int pwidth，inr mapheighr）以及Getpixel（char bmpname[]，colorbuf，pale，intmapheight）。
2.2.2实现图形界面
图形界面的实现，需要具备良好的人机交互界面，且系统能够通过层次化结构实现图形界面，其中的接口也可通过图像方式进行表示，键盘消息以及触摸屏可与各分支相呼应。针对主界面接口的实现问题，需了解主界面接口的重要性。作为系统的核心，主界面接口包含引导界面的功能，并向下发展了各种不同框架算法。从整体的角度上分析，主界面接口发挥着承上启下的作用，即能够实现嵌入式系统分级映射的处理方式[5]。图2 是以某个接口代码为例的消息等待的循环。
由图中可知，（1）代表代码等待消息，之后实现消息等待，如果满足（3）消息类型的条件，系统则会自动提取消息中的触摸点纵横坐标参数。确定消息参数后，进入到接口程序分支判断，依据判断结果，转入到分支实现函数调用。（8）表示接口部分，其上下部分都在为连接接口的前期工作进行必要处理。
2.2.3嵌入式系统的运行
嵌入式图像处理系统采用事件驱动编程，此种形式下，程序流程存在若干个出口的线路，且一直保持循环状态[6]。程序通过接受外部输入设备提供的操作指令如进行鼠标操作或按键操作等，系统程序将会根据事件类别做出针对性回应，发挥相应的功能，直至程序接收到消息。事实上，事件驱动属于底层设备，主要包括消息循环以及消息队列，可以通过命令自动进入到图像处理系统中，引出引导界面，操作员可点击触摸屏任意位置进入到系统主界面。
2.3搭建嵌入式系统硬件平台
在嵌入式图像采集与处理系统硬件平台主要由电源、复位、通信、传感器、存储以及主处理器等模块构成，该系统整体功能实现的基础与关键则是硬件平台，具体体现在微处理器、平臺总体设计以及硬件功能模块等方面。其中，可选择ARM作为微处理器。ARM处理器具备使用范围广、功耗较小、性能高等优点，能够满足大部分平台应用要求，如选用以ARM920T为基础的S3C2410微处理器。该型号微处理器内部具有较多的集成资源，且在控制器以及计数器等方面具备较高性能。为进一步满足平台应用要求，应注意平台总体设计，可以考虑以处理器为核心，将VGA模块、SDRAM、JTAG、图像输入模块、电源管理模块以及触摸屏模块与嵌入式系统充分融合。
结论：相较于传统图像采集与处理，运用嵌入式技术设计图像采集与处理系统，具备更多优势。嵌入式图像采集与处理系统被广泛应用，现阶段通过模块化设计，嵌入式图像系统不仅能够实现在线自动处理图像信息，也能实现图像几何变换、分割、增强及目标定位等功能。在此基础上，应进一步开发嵌入式系统，使其在图像采集与处理方面发挥更大效用。
参考文献：
[1]李旭华.基于虚拟仪器的嵌入式图像采集处理系统的设计[J].嘉应学院学报，2019，37（06）：38-42.
[2]刘应盼.基于ZYNQ的图像采集处理系统设计与实现[D].西安电子科技大学，2019.
[3]李文瑞.不同光照下基于ZYNQ的嵌入式实时图像处理[D].陕西师范大学，2019.
[4]李旭华.基于虚拟仪器的嵌入式图像采集处理系统的设计[J].嘉应学院学报，2019，37（06）：38-42.
[5]徐淼华，石守东，李俊晖.基于嵌入式的双目人体图像采集系统设计[J].无线通信技术，2019，28（02）：25-29.
[6]郝惠惠，张君君.分析嵌入式单片机系统在图像采集中的运用[J].电子测试，2018（24）：22-23+84.
作者简介：
吴文庆（1973-），男，黑龙江齐齐哈尔人，教授，硕士，从事软件工程技术研究。