论文总字数：19515字

目 录

1.绪论 1

1.1.图像采集与处理技术的发展概况及应用 1

1.2.课题研究的提出 1

1.3.课题研究的主要内容与研究意义 1

2.数字图像处理的算法 2

2.1.图像处理的分类及特点 2

2.2.数字图像处理的主要内容 3

2.3.数字图像处理的基本算法 4

2.3.1.数字图像的表示 4

2.3.2.直方图均衡化 5

2.3.3.数字图像的滤波 7

2.3.4.边缘检测 12

3.图像采集系统设计 15

3.1.方案设计与论证 15

3.1.1.系统主控芯片 15

3.1.2.图像采集传感器 15

3.1.3.图像显示模块 15

3.1.4.无线通信模块 16

3.2.主要硬件电路设计 16

3.3.图像采集部分程序流程设计 19

4.图像处理平台设计 20

4.1.平台系统软件设计流程图 21

4.2.串口数据通信部分 22

4.3.图像处理和采集控制部分 22

4.4.图像显示部分 23

4.5.图像滤波分析部分 25

4.6.图像轮廓提取分析部分 26

4.7.图像结果保存部分 28

5.实验例证 29

5.1.图像采集 29

5.2.图像处理 30

总结 32

参考文献 33

致谢 34

基于STM32与MATLAB的图像采集与处理系统

刘刚

，China

Abstract：With the development of the era and the progress of the society, Digital image-processing is playing a important role in all kinds of social fields. Such as Security monitoring、Face recognition、Traffic license plate detection. At present ,the image acquisition and processing system has main three modes: the image acquisition and processing system based on DSP、the image acquisition and processing system based on FPGA、the image acquisition and processing system based on ARM. In addition, the real-time property is a important standard for measuring a system. According to the existing technology of image processing and its characteristics of application and the requirement of development, designing a kind of image acquisition and processing mode where the system of image acquision and the system of image processing are separated. what’s more, This kind of mode has greatly improved the speed of image acquisition and processing. The STM32F103ZET6 based on ARM architecture is the core of the image acquisition system, the MATLAB is the platform of the image processing system. This system features the fast speed of the image acquision and processing, the high real-time property.

Key words： STM32; MATLAB; Median filter; Bluetooth communication

绪论

1.1. 图像采集与处理技术的发展概况及应用

图像作为人类感知这个世界的重要载体，在我们在自然界获取的信息过程中，图像信息大约占75%~85%，因此我们感知绝大部分内容都来自于图像信息[22]。

客观世界中的存在的图像大多数是模拟的图像，这种图像的优点是纯朴、自然，但在传输和保存的过程中容易受到干扰和破坏，从而使得使图像质量的下降。为了提高图像的重量，所以必须对所采集到的图像进行预处理[22]。

所谓图像采集和处理，是指首先人们通过一定的手段和仪器设备来采集外界事物的图像信息，接着通过一定的技术手段对图像信息进行加工和处理。图像处理在当今的各个领域中都有着极其广泛的应用，例如远程监控、模式识别、空间探测和遥感技术等领域等。

图像采集技术是以传感器技术、测试技术、电子技术和计算机技术等为基础的一门综合应用技术。图像采集系统最主要的任务就是对物体的图像进行采集并转化为计算机或数字处理器所能识别的数字信号。

数字图像处理技术是利用各种数字处理器对所采集到的图像信息进行去噪、增强、复原、分割等操作。

1.2. 课题研究的提出

随着社会的进步和科技的发展、图像的采集和处理则渐渐渗透到了社会的各行各业中。图像以它对信息表达的准确性、特殊性和直观性，应此在人们的日常生活以及工业、医学、航天等领域发挥者越来越明显的作用[22]。

随着当今世界步入数字信息化的时代，则越来越多的信息将以数字化方式存储于各种媒介中，并且越来越多的信息开始由传统的模拟存储和处理的方式向数字化存储和处理的方式转变。

由于传统的图像采集与处理系统，结构庞大、复杂，且图像信号需要进过多路传输，在此过程中易受到外界的干扰，会给图像引入一系列不可预知的噪声。此外，系统的集成度低，保密性差、稳定性差和实时性不高也是有待解决的问题。

因此，设计实时性好、采集速度快、处理效率高、功耗低且成本低的图像采集与处理系统将会有很大的市场应用前景。鉴于此点本文提出了一种基于STM32F103ZET6和MATLAB的图像采集与处理系统，并对其可行性、实现方法以及相应的理论算法进行了深入的讨论。

1.3. 课题研究的主要内容与研究意义

本文设计了一种基于STM32F103ZET6和MATLAB的图像采集和处理系统，充分利用其采集速度快、处理能力强、功耗低以及实时性高的特性，实现了图像信号的采集，显示，传输及处理的一系列操作过程。

一个完善的图像处理和采集系统不仅要拥有实时的物体图像的采集功能，更要求能对所采集到的图像进行准确的分析及处理，通常这些算法的运算量大，同时又要满足实时性要求，因此本系统采用以STM32F103ZET6处理器为控制核心的图像采集控制单元，且以MATLAB为平台的图像处理单元。

其中OV7670摄像头作为本系统的图像输入设备，可以将采集到图像数据通过蓝牙无线的方式实时的发送给MATLAB平台进行图像处理。本系统可对采集到的图像进行进行灰度图转换、去噪滤波、二值图转换、以及轮廓等进行提取、滤波分析、轮廓提取分析、图像保存，同时，本系统同时还可将采集到的实时图像在TFT彩屏上显示出来。此外基于MATLAB的图像处理平台还可直接对图像采集系统件发送相应的图像采集控制指令。其大致框图如下图1.1所示

图1.1 系统框图

因此，本课题的研究的关键在于以下几个方面：一、、对一些常见的图像处理算法进行研究；二、设计图像采集系统的硬件和软件；三、对所用的图像处理算法和图像处理平台进行MATLAB编程。四、对整个系统进行联合的调试。

数字图像处理的算法

2.1. 图像处理的分类及特点

图像处理技术是指利用计算机或其它数字处理器对图像进行加工和处理的技术。其中可将图像总体分为数字图像和模拟图像两大类。模拟图像由于在明暗程度和空间坐标上都是连续的，因此不能直接为各种数字信号处理器所进行加工，其加工和处理主要是通过模拟电子器件和光学器件来实现。模拟图像处理的特点是系统吞吐量大，处理速率快，其缺点是灵活性差且图像精度不高。数字图像在明暗程和度空间坐标上都是不连续的、因此可以使用一系列的离散的数字对图像进行描述，数字图像的加工处理过程是首先将数字图像转化变成一个能够存储在存储器中的矩阵数据，并使用计算机或数字处理器对其进行加工和处理，以提高图像质量，从而到人们所期望的效果。

2.2. 数字图像处理的主要内容

数字图像处理的内容可以大体概括为以下几个方面：

(1)图像转变(Image transformation)

鉴于图像矩阵数据会占用大量的存储空间，因而直接对空间域中图像进行处理所产生的计算量会非常大，且效率非常低。因此需要对原图像所作可逆的二维线性变换。通常将原始图像称为空间域图像，经过可逆二维线性变换后的图像称为转换域图像，转换域图像可以通过二维线性逆变换从转换域变换到空间域中。经过变换后的图像往往更有利于图像的特征抽取、增强、压缩和图像编码等操作。

(2)图像编码(Image Encoding)

图像编码是属于信息论中信源编码的范畴，在数字图像处理技术中是发展的最早且比较完善和成熟的一项技术，其首要目的是对图像信号进行高效编码和数据压缩，以解决图像数据量过大的矛盾[25]。通常来说，图像编码目的主要有三个：降低图像数据的存贮量从而减少传输带宽；对图像信号进行有效的压缩以便有利于图像的特征抽取。

(3)图像增强(Image Enhancement)

为了放大图像中感兴趣的部分，减弱甚至消除图像中所不需要的部分（列如噪声、畸变等等），从而使有用信息得到增强，便于图像的区分和加工。因此需要对图像进行增强操作。

(4)图像复原(Image Restoration)

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