高分辨率顏色傳感器TCS230的原理和應(yīng)用

作者：時(shí)間：2010-10-27 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　SRAM地址信號(hào)的產(chǎn)生是通過計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的,這里將A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘同步信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)。每次采樣前,設(shè)初始地址為零,時(shí)鐘同步信號(hào)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(shí)地址自動(dòng)復(fù)位。考慮到延時(shí)的問題,數(shù)據(jù)信號(hào)與地址信號(hào)不能同時(shí)發(fā)生。如果寫信號(hào)一直有效,會(huì)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(duì)這一問題,在設(shè)置寫信號(hào)WR時(shí),檢測(cè)地址ADDR最后一位(ADDR[0])和時(shí)鐘同步信號(hào)的上升沿的變化。當(dāng)檢測(cè)到ADDR[0]變化時(shí),WR置低,說明有效;當(dāng)檢測(cè)到時(shí)鐘同步信號(hào)上升沿到來時(shí),WR置高,此時(shí)無效。這樣每一位數(shù)據(jù)都能被寫入相應(yīng)的地址中。
　　在設(shè)計(jì)中,時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生的所有驅(qū)動(dòng)和控制時(shí)序信號(hào)都是在MUXPLUSII開發(fā)環(huán)境下設(shè)計(jì)完成并經(jīng)編譯、校驗(yàn)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(gè)分立元件來實(shí)現(xiàn)CCD圖像讀入系統(tǒng)中各種驅(qū)動(dòng)和控制時(shí)序邏輯,而且CPLD還允許設(shè)計(jì)編程保密位?？傊捎肅PLD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(hào)
　　當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),DSP通知EPM7128S啟動(dòng)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(gè)重要的功能,即負(fù)責(zé)控制SRAM的訪問權(quán)。在系統(tǒng)中,ADC以及DSP都需要對(duì)SRAM進(jìn)行訪問,這必然會(huì)產(chǎn)生SRAM的訪問爭用問題。對(duì)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(dòng)器SN74LVTH16244,使得采集期間ADC與SRAM導(dǎo)通,DSP與SRAM隔離;在處理數(shù)據(jù)期間,DSP與SRAM導(dǎo)通,ADC與SRAM隔離,這樣就解決了ADC、DSP對(duì)SRAM的使用權(quán)爭用問題。
3.3 存儲(chǔ)空間擴(kuò)展
　　TMS320VC5402的數(shù)據(jù)尋址空間只有64K,而一幀圖像的存儲(chǔ)量達(dá)到1M多,由于硬件資源的限制和實(shí)時(shí)處理的要求,要存儲(chǔ)這么大的數(shù)據(jù),必須進(jìn)行存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展。
　　所以在系統(tǒng)中,采用I/O空間擴(kuò)展。由于I/O空間全部是片外的,所以進(jìn)行擴(kuò)展后上述問題得以解決。具體實(shí)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(hào)進(jìn)行空間擴(kuò)展。當(dāng)進(jìn)行尋址時(shí),首先在HPI的端口輸出相應(yīng)的片選信號(hào),然后在地址總線上輸出相應(yīng)的地址值,這樣就完成了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理。
4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　單幀讀入識(shí)別過程如下:
　　(1)DSP發(fā)幀啟動(dòng)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(hào)存入SRAM。完成一行采集,發(fā)DMA信號(hào)給DSP。
　　(4)DSP接收到DMA信號(hào)后,啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)。
　　(5)步進(jìn)電機(jī)到達(dá)一定位置時(shí),轉(zhuǎn)為(3)。
　　(6)一幀數(shù)據(jù)采集完畢時(shí),發(fā)中斷信號(hào)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://m.butianyuan.cn/article/162740.htm

5 識(shí)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(shí)別算法。算法中主要包括圖像的預(yù)處理、特征提取和識(shí)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(jìn)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(yù)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(shí)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(duì)任意字符的特征提取,還要對(duì)字符進(jìn)行正規(guī)化處理。由于每個(gè)手寫數(shù)字的大小和在框內(nèi)相對(duì)位置的不同,不能直接進(jìn)行訓(xùn)練和識(shí)別,所以對(duì)處理后的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)用基于重心的位置規(guī)范法進(jìn)行規(guī)范,使之成為16×16的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)格式,為后續(xù)的處理所用。
　　(5)細(xì)化。本文采用并行細(xì)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(shí)又采用兩種3×4的鄰域作為恢復(fù)模板恢復(fù)被刪去的影響連續(xù)性的關(guān)鍵點(diǎn),從而達(dá)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(jì)算量小,所得骨架基本上位于圖像的中軸,端點(diǎn)無明顯的收縮,能滿足本文所用識(shí)別方法對(duì)細(xì)化結(jié)果的要求。
　　特征提取的主要任務(wù)是對(duì)預(yù)處理后的二進(jìn)制點(diǎn)陣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,提取出數(shù)字圖像中有關(guān)骨架、輪廓、拓?fù)浣Y(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(shí)別速度,本系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的手寫體數(shù)字識(shí)別算法——BP網(wǎng)絡(luò)算法,對(duì)單個(gè)字符進(jìn)行識(shí)別。本文用了三層BP實(shí)現(xiàn)手寫體數(shù)字的高效率識(shí)別。輸入層來自數(shù)字的離散余弦特征,輸出層有10個(gè)單元,分別代表0～9這十個(gè)數(shù)字。在學(xué)習(xí)過程中,為了提高學(xué)習(xí)速率,對(duì)學(xué)習(xí)步長η進(jìn)行了不斷的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。 6 試驗(yàn)結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
　　經(jīng)過在測(cè)試集上測(cè)試,當(dāng)拒識(shí)率為3.10%時(shí),硬件識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率達(dá)到94.52%,可靠性為97.54% ;當(dāng)拒識(shí)率為2.95%時(shí),硬件識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別率達(dá)到了94.79%,可靠性為97.68%?？梢姶讼到y(tǒng)具有較好的性能。在試驗(yàn)過程中,總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn):
　　(1)在設(shè)計(jì)時(shí)最好了解CPLD的內(nèi)部結(jié)構(gòu),這對(duì)邏輯設(shè)計(jì)和實(shí)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(shí),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(shí)別集成到一個(gè)系統(tǒng)中,很好地實(shí)現(xiàn)了圖像的快速采集、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理功能,具有一定的實(shí)用價(jià)值。對(duì)于高分辨率要求的圖像采集識(shí)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(shí)別方法上,如果將本文的識(shí)別方法作為多級(jí)分類器的一類,和其它一些基于統(tǒng)計(jì)的方法,如外圍輪廓法、數(shù)學(xué)變換法等結(jié)合在一起,應(yīng)該能夠取得更好的識(shí)別效果。