论文总字数：28520字

摘 要

近些年，图像处理在各行各业发挥着极其重要的作用，尤其是物料分拣领域。本文对图像系统中图像采集、图像显示和图像存储进行了研究，并得到了相应的成果,具有一定的实践意义。

调研了相关文献资料以及硬件资源，提出两种方案，并从中选择较优者。本设计基于广州市星翼电子科技有限公司阿波罗系列STM32F767开发板，结合OV2640摄像头和RGB-LCD屏设计了一套硬件模块。在硬件的基础上，本设计进行了嵌入式开发。开发的语言环境为C语言，软件选择MDK5。学习了图像内容和硬件的知识，实现了摄像模式。在摄像模式的基础上，实现了BMP截屏、JPEG拍照、区域拍照和对摄像头的设置。本设计使用内存分配对存储空间进行管理，方便了图像数据的传输。通过触摸屏的移植，本设计可以通过触摸获得所需坐标值。最后,利用状态机编程解决了人机交互的难题。

总而言之，本设计搭建的硬件系统和开发的软件较好的实现了图像数据的获取、传输、显示和存储。

关键词：物料分拣，图像显示，区域拍照，状态机

Abstract

In recent years, image processing has played an extremely important role in all walks of life, especially in the field of material sorting. In this paper, the image acquisition, image display and image storage in the image system are studied, and the corresponding results are obtained, which has certain practical significance.

Through investigating the relevant literature and hardware resources, two options are proposed and the better one is selected. This design is based on the Apollo series STM32F767 development board of Guangzhou Xingyi Electronic Technology Co., Ltd., and a set of hardware modules is designed with OV2640 camera and RGB-LCD screen. Based on the hardware, the design is developed in-house. The developed language environment is C language, and the software selects MDK5. Through learning the image and hardware knowledge, the camera mode is realized. Based on the camera mode, BMP screenshot, JPEG photo, area photo and camera setting are implemented. The transmission of image data is facilitated by using memory allocation to manage the storage space. Through the transplantation of the touch screen, the required coordinate values can be obtained by touching. At last, the problem of human-computer interaction is solved by using state machine programming.

All in all, the acquisition, transmission, display and storage of image data are well realized by the hardware system and software developed by this design.

KEY WORDS: Material sorting, Image display, Area photo, State machine

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 论文的研究背景与研究意义 1

1.2 基于图像的物料分拣单元的研究现状 1

1.3 图像处理系统简介 3

1.4 JPEG和BMP格式图片介绍 4

1.5 本文研究的目的与主要研究内容 5

第二章 系统硬件设计 6

2.1 系统硬件设计方案 6

2.2 开发板选择与介绍 7

2.3 摄像模块选择与原理介绍 10

2.4 图像显示模块选择与原理介绍 13

2.5 本章小结 15

第三章 系统软件设计 16

3.1 文件系统组织与架构 16

3.2 硬件资源的驱动初始化 17

3.2.1 OV2640摄像头的驱动初始化 17

3.2.2 DCMI接口的驱动初始化 18

3.2.3 LCD屏的驱动初始化 18

3.3 摄像模式的设计 19

3.3.1 工作流程 19

3.3.2 双缓冲机制 20

3.3.3 中断服务 20

3.3.4 DMA2D填充 21

3.4 拍照模式的设计 22

3.4.1 JPEG图片拍摄操作的设计 22

3.4.2 OV2640设置操作的设计 23

3.4.3 截屏操作的设计 24

3.4.4 结合状态机思想的局部拍照交互设计 24

3.5 设计总流程介绍 28

3.6 本章小结 29

第四章 总结与展望 30

参考文献 31

致谢 33

附录 34

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景与研究意义

随着当代中国的经济实力和科技创新能力的急速提升，通过技术变革提升原先的生产制造水平极为关键。于是，“中国制造2025”和“工业4.0”慢慢出现在人们的眼前，走上了历史的舞台。对于制造类企业而言，只有不断地提升自己的生产效率，才能在市场竞争中处于优势。在生产制造过程之中，物料分拣单元既可能是第一步，也可能是最后一步，所以提高物料分拣工作效率能够很大程度上提高生产效率^[1]。因此，如何设计物料分拣单元以提升物料分拣的速度和准确度是一个很重要的问题。

时光飞逝，灵活使用图像技术的水平越来越高，计算机科学正在以难以想象的速度改变着这个世界。作为计算机学科中一个极为活跃的分支，图像处理、分析与机器视觉技术从初次问世的“稚嫩”走到现如今的“成熟”，从新理论走向实际应用成为了如今的热点^[2]。这些都使得合理使用图像处理技术提升物料分拣的效率成为了可能。基于机器视觉，通过摄像头收集图像数据，传输到个人计算机进行进一步处理；通过对物料特征信息的处理输出判别码，最后控制自动分拣^[3]。诸如此类，合理设计并实现基于图像的物料分拣单元能够提升各行各业的工作效率，特别是制造业、化工等亟待变革的传统工业。

通过图像处理技术的使用，物料分拣的效率和精确性能得到很大程度上的提升。与传统人工相比，基于图像的自动分拣技术有很多优点，例如：减少人工劳动，减少人工成本；加快生产速度并且越发准确；更加安全和卫生^[4]。在设计物料分拣单元时，开发的图像处理算法和其他技术不仅可以应用在制造业等传统工业中，也可以应用在其他行业，例如：在农业中，收取各类坚果时，可以利用图像技术分析坚果好坏，从而快速分级；在交通业，雾雪天气时，可以利用图像技术分析车辆的颜色和车型等信息。从制造业到农业，再到交通业，越来越多的行业开始应用图像技术。如何获取图像、如何高速高质传输图像数据、如何分析处理图像数据、如何提高图像处理的速度和稳定性、如何通过图像处理结果改造生产制造流程吸引着越来越多人的注意力。对这些问题的研究也必将给各行各业带来新的发展动力。

1.2 基于图像的物料分拣单元的研究现状

现如今，如何提高以制造业为代表的工业自动化水平是一个很热的话题。应用图像处理技术来实现生产过程中的物料自动分拣或者农作物收获时的自动分级能够解放更多的人工劳动，从而促进国家生产水平等各方面的提升^[5]。可以说，国内外关于图像技术的理论研究已经日趋成熟，自动分拣单元的实际应用水平也越来越高。

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