高分辨率顏色傳感器TCS230的原理和應用
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SRAM地址信號的產(chǎn)生是通過計數(shù)器實現(xiàn)的,這里將A/D轉(zhuǎn)換的時鐘同步信號作為計數(shù)器的計數(shù)時鐘信號。每次采樣前,設(shè)初始地址為零,時鐘同步信號每出現(xiàn)一次下降沿,地址值加1。在采集完一幀數(shù)據(jù)時地址自動復位。考慮到延時的問題,數(shù)據(jù)信號與地址信號不能同時發(fā)生。如果寫信號一直有效,會造成同一地址存放不同的數(shù)據(jù),從而影響了輸出數(shù)據(jù)的正確性。針對這一問題,在設(shè)置寫信號WR時,檢測地址ADDR最后一位(ADDR[0])和時鐘同步信號的上升沿的變化。當檢測到ADDR[0]變化時,WR置低,說明有效;當檢測到時鐘同步信號上升沿到來時,WR置高,此時無效。這樣每一位數(shù)據(jù)都能被寫入相應的地址中。
在設(shè)計中,時序發(fā)生器產(chǎn)生的所有驅(qū)動和控制時序信號都是在MUXPLUSII開發(fā)環(huán)境下設(shè)計完成并經(jīng)編譯、校驗后在線下載到CPLD器件內(nèi)部的?？梢?一片CPLD可以替代原來的幾十個分立元件來實現(xiàn)CCD圖像讀入系統(tǒng)中各種驅(qū)動和控制時序邏輯,而且CPLD還允許設(shè)計編程保密位。總之采用CPLD有利于減小系統(tǒng)電路板的面積、提高系統(tǒng)的安全保密性、降低系統(tǒng)功耗和保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
3.2 DSP的控制信號
當系統(tǒng)啟動時,DSP通知EPM7128S啟動采集,采集完畢后DSP便可以訪問SRAM中的數(shù)據(jù),并完成后繼的圖像處理工作。另外,在本系統(tǒng)中,DSP還有一個重要的功能,即負責控制SRAM的訪問權(quán)。在系統(tǒng)中,ADC以及DSP都需要對SRAM進行訪問,這必然會產(chǎn)生SRAM的訪問爭用問題。對于這一問題是通過DSP來解決的。在采集圖像期間,DSP通過XF引腳控制緩沖/驅(qū)動器SN74LVTH16244,使得采集期間ADC與SRAM導通,DSP與SRAM隔離;在處理數(shù)據(jù)期間,DSP與SRAM導通,ADC與SRAM隔離,這樣就解決了ADC、DSP對SRAM的使用權(quán)爭用問題。
3.3 存儲空間擴展
TMS320VC5402的數(shù)據(jù)尋址空間只有64K,而一幀圖像的存儲量達到1M多,由于硬件資源的限制和實時處理的要求,要存儲這么大的數(shù)據(jù),必須進行存儲空間的擴展。
所以在系統(tǒng)中,采用I/O空間擴展。由于I/O空間全部是片外的,所以進行擴展后上述問題得以解決。具體實現(xiàn)如下:首先將HPI端口通過硬件或軟件設(shè)置成通用I/O端口,然后把這些端口作為片選信號進行空間擴展。當進行尋址時,首先在HPI的端口輸出相應的片選信號,然后在地址總線上輸出相應的地址值,這樣就完成了數(shù)據(jù)的存儲和處理。
4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
單幀讀入識別過程如下:
(1)DSP發(fā)幀啟動脈沖Fstart給CPLD,地址譯碼器和觸發(fā)器清零。
(2)CPLD接收Fstart。
(3)開始行掃描,并將數(shù)字化后的信號存入SRAM。完成一行采集,發(fā)DMA信號給DSP。
(4)DSP接收到DMA信號后,啟動步進電機前進。
(5)步進電機到達一定位置時,轉(zhuǎn)為(3)。
(6)一幀數(shù)據(jù)采集完畢時,發(fā)中斷信號Ready給DSP,DSP讀取SRAM,處理數(shù)據(jù)。
(7)數(shù)據(jù)處理完,若有新頁,則轉(zhuǎn)到(1)。
軟件流程圖如圖3所示。
圖3 軟件流程圖本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162740.htm
5 識別算法
根據(jù)手寫體數(shù)字的特征,采用一種簡單易行的識別算法。算法中主要包括圖像的預處理、特征提取和識別。
(1)二值化。二值化處理是將得到的灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值數(shù)字圖像,本系統(tǒng)采用全局閾值法進行二值化處理。
(2)平滑。由于平滑能夠去除孤立的噪聲、干擾,能平滑筆畫的邊沿,所以這是必不可少的預處理步驟。這里使用一種簡單且行之有效的平滑方法——中值濾波方法。
(3)分割。圖像的分割是從圖像采集中所得到的整幅圖像中分出需要識別的數(shù)字圖像區(qū)和無用的背景圖像區(qū)。由于手寫體數(shù)字的限制,這里采用基于方框的查找法。
(4)規(guī)范化。為了便于對任意字符的特征提取,還要對字符進行正規(guī)化處理。由于每個手寫數(shù)字的大小和在框內(nèi)相對位置的不同,不能直接進行訓練和識別,所以對處理后的點陣數(shù)據(jù)用基于重心的位置規(guī)范法進行規(guī)范,使之成為16×16的點陣數(shù)據(jù)格式,為后續(xù)的處理所用。
(5)細化。本文采用并行細化算法[4]。該方法采用16種3×3的鄰域作為刪除模板“剝?nèi)?rdquo;圖像的最外層,同時又采用兩種3×4的鄰域作為恢復模板恢復被刪去的影響連續(xù)性的關(guān)鍵點,從而達到每次迭代都能完全“剝?nèi)?rdquo;圖像的最外層而不破壞圖像連續(xù)性的目的。這種方法計算量小,所得骨架基本上位于圖像的中軸,端點無明顯的收縮,能滿足本文所用識別方法對細化結(jié)果的要求。
特征提取的主要任務(wù)是對預處理后的二進制點陣數(shù)據(jù)進行處理,提取出數(shù)字圖像中有關(guān)骨架、輪廓、拓撲結(jié)構(gòu)、筆劃分布等方面的特征信息,再送給分類器。本文提取數(shù)字的離散余弦特征。
考慮到DSP芯片的程存空間及識別速度,本系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的手寫體數(shù)字識別算法——BP網(wǎng)絡(luò)算法,對單個字符進行識別。本文用了三層BP實現(xiàn)手寫體數(shù)字的高效率識別。輸入層來自數(shù)字的離散余弦特征,輸出層有10個單元,分別代表0～9這十個數(shù)字。在學習過程中,為了提高學習速率,對學習步長η進行了不斷的自適應調(diào)節(jié)。 6 試驗結(jié)果及經(jīng)驗總結(jié)
經(jīng)過在測試集上測試,當拒識率為3.10%時,硬件識別系統(tǒng)的識別率達到94.52%,可靠性為97.54% ;當拒識率為2.95%時,硬件識別系統(tǒng)識別率達到了94.79%,可靠性為97.68%。可見此系統(tǒng)具有較好的性能。在試驗過程中,總結(jié)出以下幾點經(jīng)驗:
(1)在設(shè)計時最好了解CPLD的內(nèi)部結(jié)構(gòu),這對邏輯設(shè)計和實現(xiàn)有很大幫助。
(2)使用的I/O超過80%或者資源利用率超過80%時,布線的布通率將不能保證。
(3)算法盡可能簡單,以提高圖像處理的速度。
本系統(tǒng)將圖像輸入、識別集成到一個系統(tǒng)中,很好地實現(xiàn)了圖像的快速采集、存儲及數(shù)據(jù)處理功能,具有一定的實用價值。對于高分辨率要求的圖像采集識別系統(tǒng)來說,本方法依然適用。在硬件方面,如果用TMS320VC6201代替TMS320VC5402,效果將更佳。在識別方法上,如果將本文的識別方法作為多級分類器的一類,和其它一些基于統(tǒng)計的方法,如外圍輪廓法、數(shù)學變換法等結(jié)合在一起,應該能夠取得更好的識別效果。
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