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1、数码相机的设计毕业设计（论文）报告 第 29 页 共 32 页智能数码相机的设计摘要：数码相机也称为数字相机，它融光学技术、传感技术、微电子技术以及计算机技术和机械技术于一体，集成了影响信息的转换，存储和传输等部件，将光信息转换成电信息，再加以特定处理 并进行存储，具有数字化存取模式，与电脑交互处理和实时拍摄等特点。随着计算机技术的发展，数码相机已经风靡了整个世界成为最热门的数字化产品之一。介绍了一种基于DSP的智能数码相机的设计方案。提出了一种整机采用DSP+FPGA+AVR结构，基于低级算法和高级算法相结合的智能相机，设计制作了实验用样机。并用其对钢珠缺陷进行了检测，对该相机的性能进行了较
2、为系统的测试和研究，提出了如何改进结构和算法以提高性能。实验证明该相机的正确识别率 ，相机的设计方案有广泛的适应性，对软件的结构和算法稍作修改即可应用于不同的工作场合。关键字：智能相机 现场可编程门阵列（FPGA） 嵌入式系统(AVR) 数字信号处理器(DSP)Intelligent design of digital camerasAbstract: Digital cameras, also known as digital cameras, which financial optical technology, sensor technology, microelectronics an
3、d computer technology and mechanical technology, and integrates the impact of information conversion, storage and transmission components, the optical information into electrical information, coupled with specific processing and for storage, with digital access mode, and computer interactive process
4、ing and real-time shooting and so on. With the development of computer technology, digital cameras have swept the whole world to become the most popular digital products.Introduced a DSP-based intelligent digital camera design. A machine with DSP + FPGA + AVR structure, low-level algorithms and adva
5、nced algorithms based on the combination of smart cameras, designed the experimental prototype. Ball with its defects were detected, the cameras performance was more systematic testing and research, the question of how to improve the structure and algorithms to improve performance. Experiments show
6、that the correct identification rate of the camera, the cameras design has a wide range of adaptability of the software structures and algorithms make some modifications can be applied to different work situations.Keywords: Smart Camera Field Programmable Gate Array AVR Digital Signal Processor 目录前言
7、1第1章 数码相机发展概况2第2章数码相机的基本工作原理及组成72.1基本工作原理72.2数码相机的组成72.2.1 镜头82.2.2 图像传感器82.2.3存储器92.2.4 微处理器92.2.5 数码相机的其他组成成分10第3章 数码相机的光电成像原理123.1 CCD器件的基本组成单元123.2 由CCD器件实现信号的传输133.3 CCD的基本功能133.4 数码相机的数据处理17第4章 基于智能数码相机的设计204.1系统功能204.2 智能数码相机的总体设计过程214.2.1硬件设计214.2.2软件设计234.3智能数码相机的工作过程244.4钢珠缺陷检测实验25谢辞27参考文献
8、28前言智能相机作为工业控制系统和监控系统的关键执行部件，因其具有广泛的应用前景，对其进行的研究正方为艾。基于采用成像器件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device)相机和CMOS(Complementary Metal-oxide Semi-conductor)相机。采用CCD成像器件的相机成像质量较好，但外围电路相对较复杂，调试不太方便，成本较高；采用CMOS成像器件的相机，电路设计简单，调试方便，成像质量可以满足工作需要，成本低廉，因此广泛用于交通监控，工业控制等领域。基本设计所采用的器件不同，主要以下几种结构：DSP阵列；DSP+CPLD/FPGA；单独由CPLD
9、/FPGA器件构成。其中基于DSP阵列的图像处理系统软件可以灵活的修改，以适应不同的任务要求，但通常体积和能耗较大：基于CPLD/FPGA的系统硬件实现上比较灵活，但采用较复杂的算法是设计复杂性较高，要求设计人员对结构规划，采用CPLD/FPGA器件结构有较为透彻的研究：而采用DSP+CPLD/FPGA的系统则能够在复杂性和灵活性上有一个较好的折中，其结构灵活，有较强的通用性，适于模块化设计，能够提高运输处理的效率，开发周期短，易于维护和扩展，对不同的算法也有较好的适应能力，因此通常的智能相机系统都采用这种结构。然而无论采用何种硬件结构，算法的设计始终是智能相机设计中的重要组成部分。良好的算法
10、设计可以使用相机有较高的正确识别率，设置方便，控制简单。本文提出的智能相机就是采用基于DSP+CPLD/FPGA这种结构来实现的。设计制作出了实验样机，并对相机的性能进行了测试和分析，提出了优化改进方案。第1章 数码相机发展概况照相机自1839年由法国人发明以来，已经走过了将近200年的发展道路。在这200年里，照相机走过了从黑白到彩色，从纯光学、机械架构演变为光学、机械、电子三位一体。笑看浮云遮望眼，瞬间沧海变桑田，数码相机的出现正式标志着相机产业向数字化新纪元的跨越式发展，人们的影像生活也由此得到了彻底改变。人们在享受科技所带来的便利的同时，仍会不由得念起数码相机诞生之初所走过的坎坷道路，
11、通常把这个道路分为三个阶段：第一阶段 （公元前400-1839）宋代，在沈括所著的梦溪笔谈一书中，还详细叙述了“小孔成像匣”的原理。在欧洲16世纪文艺复兴时期，欧洲出现了绘画用的“成像暗箱”。第二阶段（1839年2007年）现在通过一些照片来反映照相机发展的第二阶段：1839年8月19日，法国公布了“达盖尔银版摄影术” 。于是世纪上诞生了第一台可携式木箱相机，如图1-1所示。图1-1 可携式木箱相机1861年，世界第一幅加色法彩色照片是英国人麦克斯韦尔摄制的格子图案的缎带，如图1-2所示。图1-2 格子图案的缎带1877年，美国人穆布里奇埃德沃德成功地拍摄了动体连续摄影作品奔马，如图1-3所示
12、。图1-3 奔马1899年，法国人迪奥隆和勒旭额尔制造出世界第一台彩色照相机，如图1-4所示。图1-4 第一台彩色照相机1939年，美国艾加顿发明了电子快速闪光灯，如图1-5所示。图1-5 电子快速闪光灯1969年，美国宇航员”阿波罗11号“飞船登上月球，并用哈苏500L相机进行了摄影，如图1-6所示。图1-6 哈苏500L相机1969年，美国贝尔实验室的博伊勒和史密斯开发了后来用于数码相机的CCD，如图1-7所示。这种感光元件在经过进一步完善之后，终于在今天得到了广泛应用。 图1-7 数码相机的CCD1975年，柯达公司用CCD制造了可以操作的电子相机，如图1-8所示。世界上第一款数码相机早
13、在1975年就已经出现，这款由柯达公司制造的准数码相机虽然体积有些大，但是已经具备了现存的数码相机的一些特点。当然，想要观看这部相机拍摄的照片，你首先得把这部相机和电视连接起来。原因很简单，显示器并没有普及。图1-8 可操作的电子相机1981年，索尼推出了全球第一台不用感胶片的电子相机索尼马维卡，如图1-9所示。图1-9 索尼马维卡1973年11月，索尼公司正式开始了电子眼CCD的研究工作，在不断技术积累的基础上它于1981年推出了全球第一台不用感光胶片的电子相机-静态视频马维卡（MABIKA）。该相机使用了10 mm12 mm的CCD薄片，分辨率仅为570 490（27.9万）像素，首次将光
14、信号改为电子信号传输。1995年，卡西欧QV-10成为第一个装有LCD监视器能够实时取景的数码相机。2003年佳能推出了采用塑料机身的EOS 300D，它整合了前辈EOS-10D惯用的CMOS感光器件，售价首次低于1000美元，从而彻底改变了数码相机市场原有的竞争格局。第三阶段 （从2009年至今）我国数码相机市场可谓是百花争艳、百舸争流，形成了一个全面发展的时期。现代相机是微电子技术、光学技术、计算机技术以及人工智能技术的结合物，在结构、功能、性能等方面都发生了翻天覆地的变化。但是现代数码相机的发展具有以下几个特点。1、200万像素DC淡出市场，千万像素数码相机渐成起步产品近年来各个品牌的D
15、C像素不断攀升。2008年，索尼和尼康、三星等厂商纷纷推出了千万像素消费级DC，使消费数码相机的拍摄质量再次大幅提升。而索尼刚刚发布的W300更是达到了惊人的1360万高像素，甚至超过了入门级数码单反的像素水平。2、长焦机型越来越受重视消费数码相机拥有了高ISO的拍摄能力。在今年上市的新品中，索尼、尼康等品牌的产品都拥有高达ISO3200的感光度，而且索尼的部分产品更是达到了单反相机的水平，拥有高达6400的ISO感光度。3、触摸屏的应用。触摸屏技术在消费级数码相机中得到进一步的发展，带有触摸屏的机型可以让越来越多的普通用户体验到更加人性化的互动式菜单体系，更加直观便捷的进行设定。索尼T300独有的触摸屏还能同时实现涂鸦、音乐串烧等一系列相机的拓展功能，带给用户全新的视觉、听觉盛宴。第2章数码相机的基本工作原理及组成2.1基本工作原理数码相机是由镜头、图像传感器、A/D（模/数转换器）、MPU（微处理器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡
