隨著圖像處理技術(shù)應(yīng)用的普及,，其應(yīng)用范圍越來越廣。在醫(yī)學(xué),、軍事,、公安等領(lǐng)域，特別是近些年在工業(yè)自動(dòng)化,、工業(yè)檢測方面得到廣泛應(yīng)用,。目前的圖像處理系統(tǒng)大多采用計(jì)算機(jī)加上視頻采集卡和攝像頭來構(gòu)成其硬件系統(tǒng)，這種硬件結(jié)構(gòu)對于處理自滿不復(fù)雜的簡易圖像處理系統(tǒng)顯然是不合適的,。

目前,，EPLD芯片內(nèi)部的資源越來越多，速度越來越快,，開發(fā)的軟件功能也更加完善,，使其應(yīng)用逐步擴(kuò)大。人們普遍認(rèn)為,，今后的許多電子系統(tǒng),，將以CPU+RAM+EPLD的結(jié)構(gòu)為特征。圖像系統(tǒng)將向小型化發(fā)展,。如何設(shè)計(jì)一套簡單的,、低成本的圖像處理系統(tǒng)是將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到更廣的領(lǐng)域的迫切要求。

本文介紹的系統(tǒng)正是針對這樣的需求而開發(fā)出來的,。

1 總體設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)由攝像頭,、圖像輸入單元,、圖像存儲(chǔ)單元、圖像處理單元,、圖像顯示單元及驅(qū)動(dòng)控制單元幾部分組成,。圖像處理系統(tǒng)框圖如圖1所示。

該圖像處理系統(tǒng)采用Atmel的89C55為中央處理單元,，系統(tǒng)時(shí)鐘為20MHz,。圖像采集部分由ISPLSI1032E提供存儲(chǔ)圖像RAM的地址信號(hào)和采集圖像點(diǎn)陣的時(shí)鐘信號(hào)。根據(jù)需要每幀圖像可分為256×256或512×512點(diǎn)陣,，在特殊情況下也可采用256×128或512×256半屏方式,。在圖像輸出單元，可將圖像與顯示菜單迭加輸出,，構(gòu)成可視菜單,。

另外，為適應(yīng)工業(yè)檢測和工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用,，在系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)控制電路,，可以輸出開關(guān)量和模擬量?；旧夏軌蜻m應(yīng)各種控制場合。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 ISP器件開發(fā)

ISP器件除具有一般PLD器件所具有的易用性,、高性能和FPGA的靈活性,、高密度外，最重要的一條是它的在系統(tǒng)可編程技術(shù),，即ISP可以在空白的狀態(tài)下焊接到電路板上,。任何已經(jīng)安裝好ISP器件的電路板，只要通過PC機(jī)和下載電纜,，就能升級新的編程代碼,，并且一切工作可在不斷電的前提下進(jìn)行。




ISP（In SYSTEM PROGRAMMING）技術(shù)是LATTICE半導(dǎo)體公司首先提供出來的一種能在產(chǎn)品設(shè)計(jì),、制造過程中的每個(gè)環(huán)節(jié),，甚至在產(chǎn)品賣給最終用戶以后，隨時(shí)對其器件,、電路板或整個(gè)電子系統(tǒng)的邏輯和功能進(jìn)行組態(tài)或重組的最新技術(shù),。

在系統(tǒng)開發(fā)過程中，圖像采集的核心部分是視頻信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果如何存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中,，即如何根據(jù)視頻信號(hào)產(chǎn)生存儲(chǔ)器的地址信號(hào),。經(jīng)過對所需邏輯門數(shù)量的估算，我們采用ISPLSI1032為地址發(fā)生器和其它一些邏輯電路,。

2.2 圖像采集時(shí)序的產(chǎn)生

這里,，以256×128點(diǎn)陣為例,，說明圖像采集時(shí)序的產(chǎn)生。

以A0～A7表示每行中點(diǎn)陣的地址,，A8～A14表示行地址,。其行有效信號(hào)和A0～A7地址的時(shí)序如圖2所示，其場有效信號(hào)和A8～A14地址的時(shí)序如圖3所示,。這樣共用256×128=32

768個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)1幅圖像,。

如果需要采集圖像，由由CPU給ISP發(fā)出START信號(hào),，令I(lǐng)SP斷開CPU提供給圖像RAM的地址線,，改由ISP產(chǎn)生圖像RAM的地址A0～A14。SIP產(chǎn)生完1幅圖像的地址后,，輸出1個(gè)END信號(hào),，通知CPU采圖完畢，并讓出RAM的地址線和數(shù)據(jù)線給CPU,，供其進(jìn)行圖像處理,。

系統(tǒng)中共有4片32K×8bit的RAM（62256），其中：

RAM1為圖像幀存,；
RAM2為圖形標(biāo)志位,，用于圖像的標(biāo)注；
RAM3為菜單界面的顯存,；
RAM4為系統(tǒng)內(nèi)存,，用來存儲(chǔ)處理的中間數(shù)據(jù)和處理結(jié)果。
圖4為圖像采集部分原理圖,。

在實(shí)際使用中,，CPU對RAM1、RAM4與RAM2,、RAM3的操作是分時(shí)進(jìn)行的,。在掃描期，CPU對RAM1和RAM4進(jìn)行操作,，進(jìn)行圖像的計(jì)算和結(jié)果處理,；而在回掃期，則進(jìn)行菜單和標(biāo)注的刷新,。ISP對RAM2和RAM3的操作是在掃描期,，進(jìn)行菜單和標(biāo)注與圖像的合成輸出。



ISPEXPERT的LATTICE公司于20世紀(jì)90年代末推出的一套完整的ISP集成開發(fā)環(huán)境,。它有500個(gè)宏元件可供調(diào)用,，支持VHDL、Verilog-HDL,、ABELHDL和原理圖編譯器一體的開發(fā)軟件,；可用于ISP器件的邏輯設(shè)計(jì)和優(yōu)化,、邏輯映射、自動(dòng)布局布線,、生成熔絲圖文件和編程下載,。此外，它還可以對設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真,、時(shí)序仿真和靜態(tài)時(shí)序分析,。

從使用者的角度看，ISPEXPERT比Workview office和Synario軟件功能更強(qiáng)大,，操作更方便,。

本系統(tǒng)采用ISP1032E芯片省略了復(fù)雜的、大量的邏輯電路,，利用VHDL語言編程,，通過ISPEXPERT集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)，既節(jié)省了大量的硬件調(diào)試時(shí)間,，又減少了線路間的相互干擾,。更重要的是節(jié)省了重復(fù)制板的時(shí)間，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,。

結(jié)束語

基于ISP和單片機(jī)構(gòu)成的圖像處理系統(tǒng),，具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高,、體積小,、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，尤其適用于具有圖像處理功能的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā),。本系統(tǒng)已在實(shí)際中使用，取得了良好的效果,。