基于DSP的形状识别

1、信息与电气工程学院DSPDSP 应用系统（三级）项目应用系统（三级）项目设计说明书设计说明书（2013/2014 学年第二学期）题 目 ： 基于 DSP 的形状识别 专业班级 ： 电子信息 1101 学生姓名 ： 陈星颖 指导教师 ： 李丽宏 崔冬 王鹏 贾东立 设计周数 ： 2 周 设计成绩 ： 2014 年 7 月 11 日1目目 录录1 1 项目设计目的及任务项目设计目的及任务.2 22 2 项目设计内容项目设计内容.2 2 2.2.1 1 项目设计原理项目设计原理.2 2 2.1.2.1.1 1 数字图像信号处理数字图像信号处理.2 2 2.2.1 1.2.2 TMS320VC5509

2、TMS320VC5509 芯片介绍芯片介绍 .4 4 2.2.1 1 程序代码程序代码.5 53 3 项目设计心得项目设计心得.1 10 04 4 参考文献参考文献.1 10 021 1 项目设计目的项目设计目的（1）通过 DSP 实验箱，读取一幅图像或者一路模拟视频信号的采集与显示；（2）掌握形式识别的原理；（3）掌握 DSP 实验箱环境与程序设计；（4）基于实验箱环境编写形状识别程序，对规则形状进行识别2 2 项目设计内容项目设计内容 2.12.1 项目设计原理项目设计原理 2.1.12.1.1 数字图像信号处理数字图像信号处理（1）数字图像直方图统计：灰度直方图是数字图像处理中一个最简单

3、、最有用的工具，它描述了一幅图像的灰度级内容。任何一幅图像的直方图都包括了可观的信息，某些类型的图像可由其直方图完全描述。灰度直方图是灰度值的函数， 描述的是图像中具有该灰度值的像素的个数，其横坐标表示像素的灰度级别，纵坐标是该灰度出现的频率(像素个数与图像像素总数之比)。程序流程图：图 1 直方统计流程图3（2）数字图像边缘检测：图像的边缘是图像的最基本特征。所谓边缘（或边沿）是指其周围像素灰度有阶跃变化或屋顶变化的那些像素的集合。边缘广泛存在于物体与背景之间、物体与物体之间、基元与基元之间。因此，它是图像分割所依赖的重要特征。物体的边缘是由灰度不连续性所反映的。 经典的边缘提取方法是考察图

4、像的每个像素在某个邻域内灰度的变化，利用边缘临近一阶或二阶方向导数变化规律，用简单的方法检测边缘。这种方法称为边缘检测局部算子法。边缘的种类可以分为两种：一种称为阶跃性边缘，它两边的像素的灰度值有着显著的不同；另一种称为屋顶状边缘， 它位于灰度值从增加到减少的变化转折点。 如果一个像素落在图像中某一个物体的边界上，那么它的邻域将成为一个灰度级的变化带。对于这种变化最有用的两个特征是灰度的变化率和方向，它们分别以梯度向量的幅度和方向来表示。边缘检测算子检查每个像素的邻域并对灰度变化率进行量化， 也包括方向的确定。大多数使用基于方向导数掩模求卷积的方法。（3）Sobel 边缘算子：在边沿检测中，常

5、用的一种模板是 Sobel 算子。Sobel 算子有两个，一个是检测水平边沿的；另一个是检测垂直平边沿的。与和相比，Sobel 算子对于象素的位置的影响做了加权，因此效果更好。Sobel 算子另一种形式是各向同性 Sobel(Isotropic Sobel)算子，也有两个，一个是检测水平边沿的 ，另一个是检测垂直平边沿的 。各向同性 Sobel 算子和普通 Sobel 算子相比，它的位置加权系数更为准确，在检测不同方向的边沿时梯度的幅度一致。由于建筑物图像的特殊性，我们可以发现，处理该类型图像轮廓时，并不需要对梯度方向进行运算，所以程序并没有给出各向同性 Sobel 算子的处理方法。由于 So

6、bel 算子是滤波算子的形式，用于提取边缘，可以利用快速卷积函数， 简单有效，因此应用广泛。美中不足的是，Sobel 算子并没有将图像的主体与背景严格地区分开来，换言之就是 Sobel 算子没有基于图像灰度进行处理，由于 Sobel 算子没有严格地模拟人的视觉生理特征，所以提取的图像轮廓有时并不能令人满意。在观测一幅图像的时候，我们往往首先注意的是图像与背景不同的部分，正是这个部分将主体突出显示，基于该理论，我们给出了下面阈值化轮廓提取算法，该算法已在数学上证明当像素点满足正态分布时所求解是最优的。4Sobel 算子是一个离散微分算子(discrete differentiation oper

7、ator)。它结合了高斯平滑和微分求导，用来计算图像灰度函数的近似梯度。下图所示的两个卷积核形成了 sobel 算子，图像中的每个点都用这两个核做卷积，一个核对通常的垂直边缘相应最大，而另一个对水平边缘相应最大。两个卷积的最大值作为该点的输出位。运算结果是一幅边缘幅度图像。图 2 sobel 边缘算子程序流程图：图 3 边缘检测流程图 2.1.22.1.2 TMS320VC5509TMS320VC5509 芯片介绍芯片介绍DSP 定点数字信号处理器（DSP）是基于 DSP TMS320C55x 代 CPU 处理器核心。的 C55x DSP 架构通过增加并行性和减少功耗总重点实现了高性能和低功耗

8、。支持的 CPU 内部总线结构，是由一个程序读取的数据总线，三总线，两个数据写入总线，和更多的公交车专用外设和 DMA 活动。这些巴士提供表演三数据的能力在一个周期内读取和写入两数据。同时，5DMA 控制器进行了两个数据传输周期独立的 CPU 活动。提供两个 CPU 的 C55x 乘累加（MAC）单元，每个具有 17 位17 位乘法的一个周期。特征：*高性能，低功耗，定点数字信号处理器 TMS320C55x* 6.94-ns 指令周期时间为 144 MHz 的时钟速率在 1.6 V*一个/两个指令（S）每个周期执行*双乘法器达 288000000 乘累加每秒（MMACS）*两个算术/逻辑单元（

9、ALU）*三内部数据、操作数读公交车和两个内部数据/操作数写入总线* 128K 的16 位的芯片上的 RAM，由： *64K 字节的双端口存储器（区）8 块 4K16 位 *192k 字节的单一访问 RAM（SARAM）24 块 4K16 位 *64K 字节的一个等待状态的片上 ROM（32K16 位） *816 位最大可寻址的外部存储空间（同步动态随机存储器）*16 位外部并行总线内存支持*外部存储器接口（EMIF）与 GPIO 功能和无缝接口*异步静态存储器（SRAM）*异步存储器*同步动态随机存取存储器（SDRAM）* 16 位并行增强的主机接口（HPI）与 GPIO 功能*六装置的功能

10、结构域可编程低功耗控制*在芯片扫描为基础的仿真逻辑*片上外设 2.22.2 程序代码程序代码 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;/* 直方图统计实验程序 */

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+;程序运行结果：circularity0=59.205189.circlecircularity0=63.320961.squarencecircularity0=96.094772.trianglecircularity0=63.429848.squarencecircularity0=96.553711.trianglecircularity0=59.391403.circle3 3 项目设计总结或结论项目设计总结或结论本学期学习 DSP 的时间很短,芯片设计掌握的深度不够，但通过此次课程设计，却改