中国科学技术大学硕士论文  摘要 
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目  录 
致  谢 ...................................................................................................................................... i 目  录 .....................................................................................................................................ii 摘  要 .................................................................................................................................... iv Abstract ............................................................................................................................................. v 第1章 概 论 ............................................................................................................................. 1 
1.1  课题背景与研究目标 ................................................................................................. 1 
1.1.1 课题背景 ........................................................................................................... 1 1.1.2 研究任务和目标 ............................................................................................... 3 1.2  面临的挑战 ................................................................................................................. 5 1.3  本文工作及论文结构 ................................................................................................. 5 
1.3.1 本文工作 ........................................................................................................... 5 1.3.2 论文结构 ........................................................................................................... 6 
第2章 小波分析和多尺度边缘检测 ....................................................................................... 7 
2.1  小波的基本理论和小波构造 ..................................................................................... 7 
2.1.1 多分辨分析与小波构造 ................................................................................... 7 2.1.2 小波变换与时-频分析 ................................................................................... 12 2.1.3 多分辨分析和塔式算法 ................................................................................. 13 2.2  小波边缘检测 ........................................................................................................... 18 
2.2.1 小波边缘检测原理 ......................................................................................... 18 2.2.2 小波边缘检测函数构造及算法实现 ............................................................. 20 
第3章 数字图像处理的算法研究 ......................................................................................... 24 
3.1  数字图像处理技术概论 ........................................................................................... 24 
3.1.1 图像处理系统的基本结构 ............................................................................. 24 3.1.2 图像处理的基本方法 ..................................................................................... 25 3.2  流体图像分析和处理模块的基本方法 ................................................................... 25 
3.2.1 流体图像分析和理解模块的结构 ................................................................. 25 3.3  图像预处理 ............................................................................................................... 26 
3.3.1 直方图均衡 ..................................................................................................... 26 3.3.2 滤波 ................................................................................................................. 29 3.3.3 离散数字图像的滤波 ..................................................................................... 32 3.3.4 数学形态学滤波 ............................................................................................. 33 3.3.5 图像预处理小结 ............................................................................................. 36 3.4  边缘检测 ................................................................................................................... 37 3.5  流体图像中待测对象的识别方法 ........................................................................... 37 第4章 图像处理的数据结构分析 ......................................................................................... 38 
4.1  图像处理的特点 ....................................................................................................... 38 
4.1.1 图像数据的特点 ............................................................................................. 38 4.1.2 图像处理的特性 ............................................................................................. 38 4.2  数据处理层算法及其数据结构 ............................................................................... 39 
4.2.1 点处理算法及其数据结构 ............................................................................. 39 4.2.2 邻域处理算法及其数据结构 ......................................................................... 40 

4.3 
 信息提取层算法及其数据结构 ............................................................................... 42 4.3.1 直方图统计 ..................................................................................................... 42 4.3.2 链码结构的边界跟踪 ..................................................................................... 42 4.4 知识层算法及其数据结构 ......................................................................................... 43 
4.4.1 周长 ................................................................................................................. 43 4.4.2 面积 ................................................................................................................. 43 4.4.3 中心 ................................................................................................................. 44 
第5章 基于DSP芯片的实时图像处理 ............................................................................... 45 
5.1  概论 ........................................................................................................................... 45 
5.1.1 DSP芯片的概念 ............................................................................................ 45 5.1.2 DSP芯片的发展 ............................................................................................ 45 5.1.3 DSP芯片的分类 ............................................................................................ 45 5.1.4 DSP芯片的选择 ............................................................................................ 46 5.2  DSP芯片的基本结构和特征 .................................................................................. 46 
5.2.1 DSP芯片的基本结构 .................................................................................... 47 5.2.2 TI浮点DSP芯片－TMS320C3X ................................................................. 47 5.3  DSP芯片的浮点运算 .............................................................................................. 49 
5.3.1 浮点数的格式 ................................................................................................. 49 5.3.2 基本的浮点运算 ............................................................................................. 50 5.4  TMS320浮点DSP芯片的软硬件设计 .................................................................. 52 
5.4.1 TMS320C32与外部存储器接口 ................................................................... 52 5.4.2 TMS32C32与I2C总线、A/D芯片的硬件连接 .......................................... 53 5.4.3 基于TMS320C32主从式系统的硬件设计 .................................................. 57 5.5  DSP芯片的软件编程 .............................................................................................. 59 
5.5.1 DSP芯片的开发工具 .................................................................................... 59 5.5.2 DSP芯片的C语言开发 ................................................................................ 60 5.5.3 DSP芯片的C和汇编语言混合编程 ............................................................ 63 
第6章 实时图像检测系统实例 ............................................................................................. 65 
6.1  概述 ........................................................................................................................... 65 6.2  啤酒成品检测系统的结构 ....................................................................................... 66 
6.2.1 系统总体结构 ................................................................................................. 66 6.2.2 DSP系统结构与外设接口............................................................................. 67 6.3  识别算法设计 ........................................................................................................... 69 
6.3.1 预处理模块 ..................................................................................................... 69 6.3.2 边缘检测模块 ................................................................................................. 71 6.4  软硬件调试与系统实现 ........................................................................................... 76 6.5  结束语 ....................................................................................................................... 77 
6.5.1 系统的优点 ..................................................................................................... 77 6.5.2 需要改进的方面 ............................................................................................. 78 
参考文献......................................................................................................................................... 79 研究生阶段研究成果小节 ............................................................................................................. 81 
发表论文： ............................................................................................................................. 81 参与编写书籍： ..................................................................................................................... 81 项目研究成果： ..................................................................................................................... 81

摘  要 
 随着数字图像处理技术的发展，图像处理系统的应用已经深入到关系国计民生的许多领域。但同时，由于图像处理涉及的数据量比较庞大，处理速度成为了制约其发展的瓶颈之一，实时图像处理技术正是在这种需求下应运而生，其广泛的应用能力对图像处理的发展和社会生产力的提高产生了深远的影响。  本文结合作者长期从事实时图像处理研究的经验方法和实验室的研究项目－啤酒成品检测系统，给出了一种系统的实时图像检测的方法。论文的具体的结构如下： 
 首先是介绍图像处理的理论基础，包括图像预处理、边缘检测和图像的识别算法。
并详细阐述了形态学滤波和小波变换、多尺度边缘检测在图像处理中的应用。  然后论文简要介绍了本项目中图像处理各个阶段的算法和数据结构。 
 论文接下来介绍了基于DSP芯片的实时图像处理系统。这部分先简单介绍了DSP
芯片的结构特点和性能；然后着重阐述了基于TMS320C32DSP的实时图像处理系统的软硬件设计；最后描述了DSP系统的软件编程和系统调试。 
 论文的最后部分总结前面讨论的理论算法和系统结构，针对作者的试验研究项目，
设计了一个完整的实时图像检测系统－啤酒成品检测系统。同时，将图像处理领域的前沿知识：形态学滤波，小波边缘检测等理论算法应用于该DSP系统，从算法程序、硬件特点等方面详细阐述了这些算法的具体实现过程。最后论文给出了该系统在实际应用中的处理结果和优越性，并在此基础上展望其发展前景。 
  
关键词：实时图像处理；计算机视觉；形态学滤波；小波变换；多尺度边缘检测；并行数据结构；数字信号处理器TMS320C32；直接存储器存取；I2C总线；模数转换芯片