基于arm和嵌入式linux系统的多功能工业相机的设计和实现

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1、分类号TM13密级公开UDC621.38学位论文编号D-10617-308-(2016)-04003重庆邮电大学硕士学位论文中文题目基于ARM和嵌入式Linux系统的多功能工业相机的设计和实现英文题目Designandimplementationofmulti-functionalindustrialcamerasystembasedonARMandembeddedLinux学号S130401003姓名陈洋学位类别工学硕士学科专业电子科学与技术指导教师周围教授完成日期2016年4月10日重庆邮电大学硕士学位论文摘要I

2、I重庆邮电大学硕士学位论文摘要摘要工业相机是机器视觉传感系统的核心部件，通常是机器视觉传感系统的前端，完成采集图像的功能。传统的工业相机一般仅具有图像采集和传输功能，图像的处理和分析都依赖于后端的PC机，造成整个系统体积庞大、功耗和安装成本都比较高，从而不适用于野外以及需要工业相机独立工作的应用场景。随着计算机技术和半导体技术的迅速发展，嵌入式CPU的低功耗、低成本和高性能等特性使其在诸如复杂计算和交互应用等领域已经可以独当一面。因此，基于嵌入式系统技术、可以脱离PC机独立工作的多功能工业相机逐渐成为国内外机器视觉系

3、统领域的研究热点。针对传统工业相机功能单一、PC机依赖性强、无法独立工作等缺点，本文提出并实现了一种基于ARM和嵌入式Linux系统的多功能工业相机（以下简称相机）。在硬件设计方面，本文首先分析了相机的系统框架，对比了几种流行的嵌入式方案。通过对嵌入式CPU、图像传感器、图像数据缓存方案和通信接口设计方案的对比和选择，最终，本文采用了TI公司的AM3354作为相机的主控CPU，MICRON的CMOS传感器MT9M001作为图像传感芯片，采用CPLD和SRAM模拟FIFO实现对图片的高速缓存，采用USB、UART和以太

4、网接口作为相机的对外接口，在此方案的分析基础上本文完成了相机的电路和PCB设计。本文还详细分析了相机的软件架构和设计。在相机的操作系统层面，本文研究并完成了uboot的配置和使用、Linux内核的配置和裁剪、Linux根文件系统的制作、摄像头驱动程序的研发等工作。在应用程序层面，本文为相机移植了OpenCV计算机图像处理库，以提供图像处理算法支持。同时，为了便于对相机进行二次开发，本文提供了一套SDK动态链接库用来统一控制相机的外设和接口。本文最后对相机的拍照功能进行了测试，使用OpenCV对拍摄的图片进行了对比度增

5、强、直方图生成和边缘检测算法测试，并分别对比了算法在PC机和相机上运行的耗时情况。测试结果表明，本文设计和实现的多功能工业相机可以实现以30fps帧率拍摄1024x1280分辨率的图片、可以使用内置的OpenCV进行图像的本地算法处理和分析且具有较好的运算性能。III重庆邮电大学硕士学位论文摘要通过以上工作，本文最终实现的相机主要具有以下特点：相机在硬件上具有丰富的通信和控制接口，方便数据传输和交互控制；相机支持硬件外设和软件的灵活扩展，可以动态添加软硬件功能；相机提供SDK开发包，方便快速进行二次开发；相机移植和内

6、置了OpenCV图像处理库，支持本地图像处理和分析。关键词：ARM多功能工业相机，嵌入式Linux，多接口，二次开发，OpenCV本地图像处理IV重庆邮电大学硕士学位论文AbstractAbstractIndustrialcameraisthecorecomponentofmachinevisionsensorsystem,whichisgenerallyusedasafront-endinmachinevisionsensorsysteminordertocompleteimageacquisitionfuncti

7、on.Traditionalindustrialcamerasonlyhaveimagecaptureandtransmissionfunctions.ImageprocessingandanalysisdependontherearendofthePC,whichcausesmassivesystem,highpowerconsumptionandhighinstallationcosts,soitisnotsuitableforindependentworkinthefield.Withtherapiddevel

8、opmentofcomputertechnology,semiconductortechnology,lowpowerconsumptionandthefeaturesoftheembeddedCPU,suchas,lowcostandhighperformance,itappeareddominationinthefieldofthecomp