基于DSP的形狀識別

1、信息與電氣工程學(xué)院DSPDSP 應(yīng)用系統(tǒng)（三級）項(xiàng)目應(yīng)用系統(tǒng)（三級）項(xiàng)目設(shè)計說明書設(shè)計說明書（2013/2014 學(xué)年第二學(xué)期）題 目 ： 基于 DSP 的形狀識別 專業(yè)班級 ： 電子信息 1101 學(xué)生姓名 ： 陳星穎 指導(dǎo)教師 ： 李麗宏 崔冬 王鵬 賈東立 設(shè)計周數(shù) ： 2 周 設(shè)計成績 ： 2014 年 7 月 11 日1目目 錄錄1 1 項(xiàng)目設(shè)計目的及任務(wù)項(xiàng)目設(shè)計目的及任務(wù).2 22 2 項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容.2 2 2.2.1 1 項(xiàng)目設(shè)計原理項(xiàng)目設(shè)計原理.2 2 2.1.2.1.1 1 數(shù)字圖像信號處理數(shù)字圖像信號處理.2 2 2.2.1 1.2.2 TMS320VC5509

2、TMS320VC5509 芯片介紹芯片介紹 .4 4 2.2.1 1 程序代碼程序代碼.5 53 3 項(xiàng)目設(shè)計心得項(xiàng)目設(shè)計心得.1 10 04 4 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1 10 021 1 項(xiàng)目設(shè)計目的項(xiàng)目設(shè)計目的（1）通過 DSP 實(shí)驗(yàn)箱，讀取一幅圖像或者一路模擬視頻信號的采集與顯示；（2）掌握形式識別的原理；（3）掌握 DSP 實(shí)驗(yàn)箱環(huán)境與程序設(shè)計；（4）基于實(shí)驗(yàn)箱環(huán)境編寫形狀識別程序，對規(guī)則形狀進(jìn)行識別2 2 項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容 2.12.1 項(xiàng)目設(shè)計原理項(xiàng)目設(shè)計原理 2.1.12.1.1 數(shù)字圖像信號處理數(shù)字圖像信號處理（1）數(shù)字圖像直方圖統(tǒng)計：灰度直方圖是數(shù)字圖像處理中一個最簡單

3、、最有用的工具，它描述了一幅圖像的灰度級內(nèi)容。任何一幅圖像的直方圖都包括了可觀的信息，某些類型的圖像可由其直方圖完全描述。灰度直方圖是灰度值的函數(shù)， 描述的是圖像中具有該灰度值的像素的個數(shù)，其橫坐標(biāo)表示像素的灰度級別，縱坐標(biāo)是該灰度出現(xiàn)的頻率(像素個數(shù)與圖像像素總數(shù)之比)。程序流程圖：圖 1 直方統(tǒng)計流程圖3（2）數(shù)字圖像邊緣檢測：圖像的邊緣是圖像的最基本特征。所謂邊緣（或邊沿）是指其周圍像素灰度有階躍變化或屋頂變化的那些像素的集合。邊緣廣泛存在于物體與背景之間、物體與物體之間、基元與基元之間。因此，它是圖像分割所依賴的重要特征。物體的邊緣是由灰度不連續(xù)性所反映的。 經(jīng)典的邊緣提取方法是考察圖

4、像的每個像素在某個鄰域內(nèi)灰度的變化，利用邊緣臨近一階或二階方向?qū)?shù)變化規(guī)律，用簡單的方法檢測邊緣。這種方法稱為邊緣檢測局部算子法。邊緣的種類可以分為兩種：一種稱為階躍性邊緣，它兩邊的像素的灰度值有著顯著的不同；另一種稱為屋頂狀邊緣， 它位于灰度值從增加到減少的變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 如果一個像素落在圖像中某一個物體的邊界上，那么它的鄰域?qū)⒊蔀橐粋€灰度級的變化帶。對于這種變化最有用的兩個特征是灰度的變化率和方向，它們分別以梯度向量的幅度和方向來表示。邊緣檢測算子檢查每個像素的鄰域并對灰度變化率進(jìn)行量化， 也包括方向的確定。大多數(shù)使用基于方向?qū)?shù)掩模求卷積的方法。（3）Sobel 邊緣算子：在邊沿檢測中，常

5、用的一種模板是 Sobel 算子。Sobel 算子有兩個，一個是檢測水平邊沿的；另一個是檢測垂直平邊沿的。與和相比，Sobel 算子對于象素的位置的影響做了加權(quán)，因此效果更好。Sobel 算子另一種形式是各向同性 Sobel(Isotropic Sobel)算子，也有兩個，一個是檢測水平邊沿的 ，另一個是檢測垂直平邊沿的 。各向同性 Sobel 算子和普通 Sobel 算子相比，它的位置加權(quán)系數(shù)更為準(zhǔn)確，在檢測不同方向的邊沿時梯度的幅度一致。由于建筑物圖像的特殊性，我們可以發(fā)現(xiàn)，處理該類型圖像輪廓時，并不需要對梯度方向進(jìn)行運(yùn)算，所以程序并沒有給出各向同性 Sobel 算子的處理方法。由于 So

6、bel 算子是濾波算子的形式，用于提取邊緣，可以利用快速卷積函數(shù)， 簡單有效，因此應(yīng)用廣泛。美中不足的是，Sobel 算子并沒有將圖像的主體與背景嚴(yán)格地區(qū)分開來，換言之就是 Sobel 算子沒有基于圖像灰度進(jìn)行處理，由于 Sobel 算子沒有嚴(yán)格地模擬人的視覺生理特征，所以提取的圖像輪廓有時并不能令人滿意。在觀測一幅圖像的時候，我們往往首先注意的是圖像與背景不同的部分，正是這個部分將主體突出顯示，基于該理論，我們給出了下面閾值化輪廓提取算法，該算法已在數(shù)學(xué)上證明當(dāng)像素點(diǎn)滿足正態(tài)分布時所求解是最優(yōu)的。4Sobel 算子是一個離散微分算子(discrete differentiation oper

7、ator)。它結(jié)合了高斯平滑和微分求導(dǎo)，用來計算圖像灰度函數(shù)的近似梯度。下圖所示的兩個卷積核形成了 sobel 算子，圖像中的每個點(diǎn)都用這兩個核做卷積，一個核對通常的垂直邊緣相應(yīng)最大，而另一個對水平邊緣相應(yīng)最大。兩個卷積的最大值作為該點(diǎn)的輸出位。運(yùn)算結(jié)果是一幅邊緣幅度圖像。圖 2 sobel 邊緣算子程序流程圖：圖 3 邊緣檢測流程圖 2.1.22.1.2 TMS320VC5509TMS320VC5509 芯片介紹芯片介紹DSP 定點(diǎn)數(shù)字信號處理器（DSP）是基于 DSP TMS320C55x 代 CPU 處理器核心。的 C55x DSP 架構(gòu)通過增加并行性和減少功耗總重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了高性能和低功耗

8、。支持的 CPU 內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，是由一個程序讀取的數(shù)據(jù)總線，三總線，兩個數(shù)據(jù)寫入總線，和更多的公交車專用外設(shè)和 DMA 活動。這些巴士提供表演三數(shù)據(jù)的能力在一個周期內(nèi)讀取和寫入兩數(shù)據(jù)。同時，5DMA 控制器進(jìn)行了兩個數(shù)據(jù)傳輸周期獨(dú)立的 CPU 活動。提供兩個 CPU 的 C55x 乘累加（MAC）單元，每個具有 17 位17 位乘法的一個周期。特征：*高性能，低功耗，定點(diǎn)數(shù)字信號處理器 TMS320C55x* 6.94-ns 指令周期時間為 144 MHz 的時鐘速率在 1.6 V*一個/兩個指令（S）每個周期執(zhí)行*雙乘法器達(dá) 288000000 乘累加每秒（MMACS）*兩個算術(shù)/邏輯單元（

9、ALU）*三內(nèi)部數(shù)據(jù)、操作數(shù)讀公交車和兩個內(nèi)部數(shù)據(jù)/操作數(shù)寫入總線* 128K 的16 位的芯片上的 RAM，由： *64K 字節(jié)的雙端口存儲器（區(qū)）8 塊 4K16 位 *192k 字節(jié)的單一訪問 RAM（SARAM）24 塊 4K16 位 *64K 字節(jié)的一個等待狀態(tài)的片上 ROM（32K16 位） *816 位最大可尋址的外部存儲空間（同步動態(tài)隨機(jī)存儲器）*16 位外部并行總線內(nèi)存支持*外部存儲器接口（EMIF）與 GPIO 功能和無縫接口*異步靜態(tài)存儲器（SRAM）*異步存儲器*同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SDRAM）* 16 位并行增強(qiáng)的主機(jī)接口（HPI）與 GPIO 功能*六裝置的功能

10、結(jié)構(gòu)域可編程低功耗控制*在芯片掃描為基礎(chǔ)的仿真邏輯*片上外設(shè) 2.22.2 程序代碼程序代碼 Image.c#include#define IMAGEWIDTH 80#define IMAGEHEIGHT 80#define MODEGRAYBAR 0#define MODEGRAY 1#define MODEPHOTO1 2#define MODEPHOTO2 36#define MODEPHOTO3 4#define MODEPHOTO4 5#define MODEPHOTO5 6#define MODEPHOTO6 7float fHistogram256;void InitImage(

11、unsigned int nMode,unsigned char *pImage,int nWidth,int nHeight);unsigned char dbImageIMAGEWIDTH*IMAGEHEIGHT;unsigned char dbTargetImageIMAGEWIDTH*IMAGEHEIGHT;float circularity(unsigned char *pImage,unsigned char *pImage0,int nWidth,int nHeight,float fHisto256);float L,S,circularity0;/* 直方圖統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)程序 */

12、int main()InitImage(MODEPHOTO1,dbImage,IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT); /BreakPointSobel(IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT); identification(MODEPHOTO1);InitImage(MODEPHOTO2,dbImage,IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT); /BreakPointSobel(IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT); identification(MODEPHOTO2);InitImage(MODEPHOTO3,dbImage,IMAGEWIDTH,IMAG

13、EHEIGHT); /BreakPointSobel(IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT);identification(MODEPHOTO3);InitImage(MODEPHOTO4,dbImage,IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT); /BreakPointSobel(IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT); identification(MODEPHOTO4);InitImage(MODEPHOTO5,dbImage,IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT); /BreakPointSobel(IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT);iden

14、tification(MODEPHOTO5);InitImage(MODEPHOTO6,dbImage,IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT); /BreakPointSobel(IMAGEWIDTH,IMAGEHEIGHT);identification(MODEPHOTO6);while (1);/BreakPointfloat circularity(unsigned char *pImage,unsigned char *pImage0,int nWidth,int nHeight,float fHisto256) int i,j; unsigned int uWork; un

15、signed char *pWork,*pWork0; for ( i=0;i256;i+ ) fHistoi=0.0f;pWork=pImage0;for ( i=0;inHeight;i+ ) 7for ( j=0;jnWidth;j+,pWork+ )uWork=(unsigned int)(*pWork);fHistouWork+;L=fHisto255;for ( i=0;i256;i+ )fHistoi=0.0f;pWork0=pImage;for ( i=0;inHeight;i+ ) for ( j=0;j59&circularity063&circularit

16、y096&circularity097) printf(trianglen); InitImage.c#include#define MODEGRAYBAR 0#define MODEGRAY 1#define MODEPHOTO1 2#define MODEPHOTO2 3#define MODEPHOTO3 4#define MODEPHOTO4 58#define MODEPHOTO5 6#define MODEPHOTO6 7#define MODEBLOCK 6#define MODEINCLINE 7#define MODEFPHOTO 8#define GRAYBARLE

17、VEL 16void ReadImage(unsigned char *pImage,char *cFileName,int nWidth,int nHeight);void InitImage(unsigned int nMode,unsigned char *pImage,int nWidth,int nHeight)switch ( nMode )case MODEPHOTO1:ReadImage(pImage,.circle1.bmp,nWidth,nHeight);break;case MODEPHOTO2:ReadImage(pImage,.squarence1.bmp,nWidt

18、h,nHeight);break;case MODEPHOTO3:ReadImage(pImage,.triangle1.bmp,nWidth,nHeight);break;case MODEPHOTO4:ReadImage(pImage,.squarence2.bmp,nWidth,nHeight);break;case MODEPHOTO5:ReadImage(pImage,.triangle2.bmp,nWidth,nHeight);break;case MODEPHOTO6:ReadImage(pImage,.circle2.bmp,nWidth,nHeight);break;void

19、 ReadImage(unsigned char *pImage,char *cFileName,int nWidth,int nHeight)int j;unsigned char *pWork;FILE *fp;if ( fp=fopen(cFileName,rb ) )fseek(fp,1078L,SEEK_SET);pWork=pImage+(nHeight-1)*nWidth;for ( j=0;jnHeight;j+,pWork-=nWidth )fread(pWork,nWidth,1,fp);fclose(fp);9 Sobel.c#define IMAGEWIDTH 80#d

20、efine IMAGEHEIGHT 80#include extern unsigned char dbImageIMAGEWIDTH*IMAGEHEIGHT;extern unsigned char dbTargetImageIMAGEWIDTH*IMAGEHEIGHT;int mi,mj,m_nWork1,m_nWork2;unsigned int m_nWork,*pWork;unsigned char *pImg1,*pImg2,*pImg3,*pImg;unsigned int x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9;void Sobel(int nWidth,int

21、nHeight)int i;pImg=dbTargetImage;for ( i=0;iIMAGEWIDTH;i+,pImg+ )(*pImg)=0;(*pImg)=0;pImg1=dbImage;pImg2=pImg1+IMAGEWIDTH;pImg3=pImg2+IMAGEWIDTH;for ( i=2;inHeight;i+ )pImg+;x1=(*pImg1); pImg1+; x2=(*pImg1); pImg1+;x4=(*pImg2); pImg2+; x5=(*pImg2); pImg2+;x7=(*pImg3); pImg3+; x8=(*pImg3); pImg3+;for

22、 ( mi=2;minWidth;mi+,pImg+,pImg1+,pImg2+,pImg3+ )x3=(*pImg1); x6=(*pImg2); x9=(*pImg3); m_nWork1=abs(x7+x8+x8-x2-x2-x3);m_nWork2=abs(x3+x6+x6-x4-x4-x7);if (m_nWork1255 )m_nWork1=255;(*pImg)=m_nWork1;x1=x2; x2=x3;x4=x5; x5=x6;x7=x8; x8=x9;10(*pImg)=0; pImg+;程序運(yùn)行結(jié)果：circularity0=59.205189.circlecircularity0=63.320961.squarencecircularity0=96.094772.trianglecircularity0=63.429848.squarencecircularity0=96.553711.trianglecircularity0=59.391403.circle3 3 項(xiàng)目設(shè)計總結(jié)或結(jié)論項(xiàng)目設(shè)計總結(jié)或結(jié)論本學(xué)期學(xué)習(xí) DSP 的時間很短,芯片設(shè)計掌握的深度不夠，但通過此次課程設(shè)計，卻改