基于dsp器件的图像边缘检测的分析研究毕业设计论文(编辑修改稿)

基于dsp器件的图像边缘检测的分析研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

及 未来发展 DSP 应用的快速发展为数字信息产品带来广阔的发展空间，并将支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化融合。 目前，在 VoIP（网络电话） 、 DSL（数字用户线路） 、Cable Modem（ 电缆调制解调器 ） 、 3G、数字相机和马达控制等需要实时处理大量数字信息的应用中，都可见到 DSP 的身影， DSP 无疑已经成为推动数字化进程的动力。 其产品介绍如下： 1. TMS320C20xx 系列包括 C24x 和 C28x 系列。 C28x 系列主要用于大存储设备管理，高性能的控制场合。 2. TMS320C3x 系列包括 C3x 和 VC33，主要推荐使用 VC33。 C3x 系列是 TI 浮点 DSP的基础。 3. TMS320C5x 系列已不推荐使用，建议使用 C24x 或 C5000 系列替代。 4. TMS320C5000 系列包括 C54x 和 C55x 系列。 其中 VC54xx 还不断有新的器件出现，如： TMS320VC5471（ DSP＋ ARM7）。 C55x 系列是 TI 的第三代 DSP，功耗为 VC54xx 的 1/6，性能为 VC54xx 的 5倍，是一个正在发展的系列。 C5000 系列是目前 TI DSP 的主流 DSP，它涵盖了从低档到中高档的应用领域，目前也是用户最多的系列。 5. TMS320C6000 系列包括 C62xx、 C67xx 和 C64xx。 此系列是 TI 的高档 DSP 系列。 其中 C62xx 系列是定点的 DSP，系列芯片种类较丰富，是主 要的应用系列。 C67xx 系列中国民航大学本科毕业设计论文 10 是浮点的 DSP，用于需要高速浮点处理的领域。 C64xx 系列是新发展，性能是 C62xx 的10 倍。 6. OMAP 系列是 TI 专门用于多媒体领域的芯片，它是 C55＋ ARM9，性能卓越，非常适合于手持设备、 Inter 终端等多媒体应用。 DSP 的软件开发工具 CCS 由于 本文 的 主要 目的 是运用 DSP的软件开发工具 CCS对图像进行 边缘检测的 分析 研究， 故 对其硬件开发 方面 未作涉及，在此作一说明。 在 前 一 节 中 简要的介绍了 一些 DSP的情况 ， 那么在 本 节 中将 着重介绍其软件开发工具 CCS 的 概况 、 工作模式、 配置 、 开发流程 、功能 以及进行软件开发时 需注意 的问题 等内容。 CCS 概况 CCS (Code Composer Studio)开发工具是 TI 公司针对 DSP 开发的集成软件开发环境， TI 公司 的每个 DSP 系列对应不同的 CCS。 本文采用的是 CCS 版本： CCS (Code Composer Studio Version )代码调试器是一种针对标准 TM320 调试接口的集成开发环境 IDE(Integrated Development Environment)，由 TI 公司在 1999年推出。 CCS 包含源代码编辑工具、代码调试工具、可执行代码生成工具和实时分析工具，并支持设计和开发的整个流程，如图。 CCS 采用 Windows 风格界面，集成了代码的编辑 、 编译 、 链接和调试等诸多功能，而且支持 C/C++和汇编的混合编程。 它的出现大大简化了 DSP 的开发工作。 设计方案 编辑、编译 和链接 生成代码 调试、语法 检查和断点 设置等 实时观察 分析、统计 和跟踪 图 CCS 的开发流程 中国民航大学本科毕业设计论文 11 CCS 的工作模式 CCS 有两种工作模式： 软件仿真器模式：可以脱离 DSP 芯片，在 PC 机上模拟 DSP 的指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试。 硬件在线编程模式：可以实时运 行在 DSP 芯片上 ,与硬件开发板相结合在线编程和调试应用程序。 本文只采用软件仿真器模式， 仿真 TMS320VC5509 器件。 在使用软件仿真方式工作时，无需连接板卡和仿真器等硬件。 CCS 可以工作在纯软件仿真环境中，就是由软件在 PC 机内存中构造一个虚拟的 DSP环境，可以调试、运行程序。 但一般软件无法构造 DSP 中的外设，所以软件仿真通常用于调试纯软件的算法和进行效率分析等。 CCS 的 系统配置 设置 CCS 工作在软件仿真环境： (1)双击桌面上图标： ， 进入 CCS 设置窗口 ； (2)在出现的 窗口中按标号顺序进行如下设置 ，如图 ： ①单击清除 原先配置 ③单击输入 配置 ②单击选择 此配置 ④单击完成 和保存设置 图 CCS 系统配置框图 中国民航大学本科毕业设计论文 12 （ 3） 接着在下面出现的窗口中选择“否 (N)”。 此时 CCS 已经被设置成 Simulator 方式 (软件仿真 TMS320VC5509 器件的方式 [7])，如果一直使用这一方式就不需要重新进行以上 配置 操作了。 CCS 的开发流程 将 C 语言、汇编语言或者两者的混合语言编写的 DSP 源代码程序编译、汇编并链接成可执行的 DSP 代码 并调试的过程。 其流程如图。 CCS 集成开发环境的功能 CCS 集成开发环境（ IDE） 支持从编辑、汇编、链接到调试 DSP 应用程序的整个开发过程。 它包括以下特征： 编 写 C语言源程序序 C 编译器 生 成 TMS320 汇编源文件 汇编器 生成 COFF 文件 链接器 输出 可执行文件 编写 TMS320 汇编语言源程序 宏文件 文档管理器 宏库 格式转换 调试器 TMS320 目标系统 软件调试仿真 写 FLASH 图 CCS 的开发流程 中国民航大学本科毕业设计论文 13 1． 强大的源代码编辑器 CCS 允许编辑 C语言、汇编语言或者两者的混合语言源代码，能在 C代码之后显示与之对应的汇编指令。 集成编辑环境提供的功能有：关键词、注释和字符串的高亮度显示；随时获得相关的在线帮助；快速查找，在一个或多个文件中查找或替换等等。 的 应用程序生成特性 CCS 使用 工程 (project)来管理整个应用程序设计的所有文档，如图。 工程中包含 C语言源代码、汇编语言源代码、库文件、链接文件、头文件等等。 大大地方便了开发设计人员，加强了 对文件 管理， 大大地 提高了开发设计的效率。 CCS 的调试工具以下功能： ● 设置一个或多个断点； ● 使用 Watch 窗口查看变量； ● 查看、编辑存储器和寄存器的值； 图 工程管理界面 中国民航大学本科毕业设计论文 14 ● 观察 C 语言指令及其反汇编代码； ● 使用图形窗口显示直观的实时数据等。 软件开发时 需注意的 问题 在进 行程序设计过程中，肯 定会遇到这样那样的问题，这些问题对程序编写、 编译调试 的成功起着至关重要的作用，现把它们归纳总结如下。 1． DSP 的 C语言同主机 C语言的主要区别。 1)DSP 的 C语言是标准的 ANSI C，它不包括同外设联系的扩展部分，如屏幕绘图等。 但在 CCS 中，为了方便调试，可以将数据通过 printf命令虚拟输出到主机的屏幕上 ； 2)DSP 的 C语言的编译过程为 ： C编译为 ASM，再由 ASM 编译为 OBJ。 因此 C和 ASM的对应关系非常明确，非常便于人工优化 ； 3)DSP 的代码需要绝对定位；主机的 C的代码有操作系统定位 ； 4)DSP 的 C的效率较高，非常适合于嵌入系统。 2． C 程序代码和数据的定位 .cinit 存放 C 程序中的变量初值和常量 ； .const 存放 C 程序中的字符常量、浮点常量和用 const 声明的常量 ； .switch 存放 C 程序中 switch 语句的跳针表 ； .text 存放 C 程序的代码 ； .bss 为 C程序中的全局和静态变量保留存储空间 ； .far 为 C程序中用 far 声明的全局和静态变量保留空间 ； .stack 为 C程序系统堆栈保留存储空间，用于保存返回地址、函数间的参数传递、存储局部变量和 保存中间结果 ； .sysmem 用于 C 程序中 malloc、 calloc 和 realloc 函数动态分配存储空间。 3． Link 的 cmd 文件的作用是什么。 cmd 文件由 3 部分组成： 1)输入／输出定义： .obj 文件：链接器要链接的目标文件 ， .lib 文件：链接器要链接的库文件 ， .map 文件：链接器生成的交叉索引文件 ， .out 文件：链接器生成的可执行代码 ； 中国民航大学本科毕业设计论文 15 2)MEMORY 命令：描述系统实际的硬件资源 ； 3)SECTIONS 命令：描述 “ 段 ” 如何定位。 Link 的 cmd 文件用于 DSP 代码的定位。 由于 DSP 的编 译器的编译结果是未定位的，DSP 没有操作系统来定位执行代码，每个 用 户设计的 DSP 系统的配置也不尽相同，因此需要用户自己定义代码的安装位置。 中国民航大学本科毕业设计论文 16 第 3 章 边缘检测 算法 我们知道，边缘检测的实质是采用某种算法来提取出图像中对象与背景间的交界线。 我们将边缘定义为图像中灰度发生急剧变化的区域边界。 图像灰度的变化情况可以用图像灰度分布的梯度来反映，因此我们可以用局部图像微分技术来获得边缘检测算子。 边缘检测的一般 步骤 图像 边缘检测 流程 如图 ： 图像 的边缘检测一般分为四个步骤：滤波、增强、检测、定位。 滤波：边缘检测算法主要是基于图像强度的一阶和二阶导数，但导数的计算对噪声很敏感，因此必须使用滤波器来改善与噪声有关的边缘检测器的性能。 需要指出，大多数滤波器在降低噪声的同时也导致了边缘强度的损失，因此，增强边缘和降低噪声之间需要折衷。 本文采用的是空间低通滤波法进行平滑滤波。 增强：增强边缘的基础是确定图像各点邻域强度的变化值。 使用各种算法可以得到边缘增强的图像。 增强算法可以将邻域（或局部）强度值有显著变化的点突显出来。 边缘增强一般是通过计算梯度幅值来 完成的。 得到 的 边缘增强图像，为 256 灰度级的图像。 此时，图像灰度变化平缓的区域已经没有了，图像中只剩下了灰度突变的地方，其灰度值得到了增强。 检测：在图像中有许多点的梯度幅值比较大，而这些点在特定的应用领域中并不都是边缘，所以应该用某种方法来确定哪些点是边缘点。 最简单的边缘检测判据是梯度幅值阈值判据。 本文采用的是一维最大熵阈值分割方法进行阈值判断 [8]。 最后 用 计算出的图 图像边缘检测流程 中国民航大学本科毕业设计论文 17 阈值 对增强图像 二值化 ，将 256 级图像变为 2值图像，将边缘突变明显的 地方 显示出来，这样 就得到边缘图像。 定位 ： 确定边缘所在的像素，如果要更加精确 地确定边缘位置，也可以在子像素分辨率上来估计边缘位置，边缘的方向也可以被估计出来。 在边缘检测算法中，前三个步骤用得十分普遍。 这是因为在大多数情况下，仅仅需要边缘检测指出边缘出现在图像某一点像素的附近，而没有必要指出边缘的精确位置或方位。 常见的 边缘检测算子 梯度算子 对于图像 f(x,y)，在 (x,y)处的梯度定义为 （ 31） 梯度是一个矢 量，其大小和方向分别为 ： （ 32） （ 33） 梯度的方向是 f(x,y)在该点灰度变化率最大的方向。 对于离散图像处理而言，常用到梯度的大小，因此把梯度的大小习惯称为“梯度”。 在实际应用中，通常用绝对值来近似梯度 幅值： （ 34） 或 梯度的幅值实际上与边缘。