通過dsp紙幣芯片完成圖像采集和分析.doc
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通過dsp紙幣芯片完成圖像采集和分析,摘要紙幣清分系統(tǒng)中紙幣圖像采集、分析和處理是核心技術(shù)。本論文主要圍繞紙幣圖像采集、分析和處理涉及的軟硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)問題展開了深入的研究與討論，提出了一套實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)和設(shè)計(jì)方案，為最終產(chǎn)品開發(fā)提供了參考。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，系統(tǒng)基本達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性要求，但在某些紙幣特殊特征的識(shí)別上，還處于理論研究階段，需...
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摘 要
紙幣清分系統(tǒng)中紙幣圖像采集、分析和處理是核心技術(shù)。本論文主要圍繞紙幣圖像采集、分析和處理涉及的軟硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)問題展開了深入的研究與討論，提出了一套實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)和設(shè)計(jì)方案，為最終產(chǎn)品開發(fā)提供了參考。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，系統(tǒng)基本達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性要求，但在某些紙幣特殊特征的識(shí)別上，還處于理論研究階段，需要進(jìn)一步研究。
本文首先提出了系統(tǒng)DSP平臺(tái)和單片機(jī)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)方案，完成圖像傳感器SV253A4、傳感器處理器XRD98L23、開發(fā)板TMS320C6416DSK、開發(fā)板子板、機(jī)械分揀裝置控制、鍵盤輸入讀取、LED顯示、信息提示、RS232串行通信、SPI通信和UART通信電路討論和設(shè)計(jì)。
然后完成了系統(tǒng)硬件編程設(shè)置，包括傳感器處理器控制字設(shè)置，TMS320C6416的EMIF、EDMA、MCBSP、TIMER、INTERRUPT和GPIO模塊設(shè)置，C8051F206的INTERRUPT、I/O、SPI、UART和TIMER模塊設(shè)置。
最后提出了紙幣圖像特征分析和識(shí)別算法，完成紙幣版本面值、擺放方向、號(hào)碼和其他特殊特征的分析和識(shí)別。實(shí)驗(yàn)測(cè)試算法包括紙幣票面圖像采集起始結(jié)束確定、傾斜角度確定、旋轉(zhuǎn)校正、長度寬度確定、基于特征圖案位置識(shí)別、基于灰度分布規(guī)律識(shí)別、基于與模板相似度識(shí)別、逐層分類識(shí)別、臨近直線臨近交點(diǎn)去噪。理論分析算法包括圖像邊緣識(shí)別和內(nèi)部特定區(qū)域識(shí)別。
關(guān)鍵字：紙幣清分，圖像處理，數(shù)字信號(hào)處理，TMS320C6416，單片機(jī)
Abstract
Collection, analysis and disposal of banknote image are the key techniques in banknote sorting system. The paper makes deep research and discussion about the software and hardware design and development questions relating to collection, analysis and disposal of banknote image and puts farward an experimental research platform and a design reference scheme and provides a reference to final product development. System achieves basically experimental requests of real-time, accuracy and stability on the available experimental platform now. But some banknote special characters identifications are in the theory reseach stage and need more research.
Firstly, the paper puts forward hardware design scheme of DSP platform and SCM platform and achieves image sensor SV253A4, sensor processor XRD98L23, development board TMS320C6416DSK, daughter card of development board, engine sorting device control, keyboard input read, LED display, information hint, RS232 serial communication, SPI communication, UART communication circuit discussion and design.
Secondly, the paper achieves hardware program configuration including sensor processor control word configuration; EMIF, EDMA, MCBSP, TIMER, INTERRUPT and GPIO modules configurations in TMS320C6416; INTERRUPT, I/O, SPI, UART and TIMER modules configurations in C8051F206.
Finally, the paper puts forward banknote image character analysis and identification algorithm and achieves banknote version and par value, putting direction, number and other special character analysises and identifications. Experimental test algorithms include banknote breadth image collection start and end confirmation, incline angel confirmation, rotation transformation, length and width confirmation, identifications based on character pattern position, gray scale disciplinarian and template similitude, hiberarchy classification identification and near line near point of intersection to clear noises. Academic algorithms include image edge identification and inner special region identification.
Key words: banknote sorting, image processing, digital signal processing, TMS320C6416, SCM
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒 論 1
1.1 紙幣清分機(jī)概述 1
1.1.1 歷史背景 1
1.1.2 發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 1
1.2 數(shù)字信號(hào)處理概述 2
1.2.1 DSPs芯片發(fā)展 2
1.2.2 DSPs芯片特點(diǎn) 2
1.3 課題概述 3
1.3.1 課題來源 3
1.3.2 課題系統(tǒng)框架 4
1.3.3 課題完成內(nèi)容 5
1.3.4 課題實(shí)驗(yàn)環(huán)境 5
1.3.5 課題技術(shù)分析 6
1.3.6 課題器件分析 7
1.4 本文內(nèi)容 8
第二章 DSP平臺(tái)設(shè)計(jì) 9
2.1 信號(hào)流程 9
2.2 工作方式 10
2.3 接口設(shè)計(jì) 11
2.3.1 接口引腳定義 11
2.3.2 接口引腳連接 12
2.4 工作流程 13
2.5 DSP編程基礎(chǔ) 14
2.5.1 CCS集成開發(fā)環(huán)境 14
2.5.2 DSPs程序仿真模式 14
2.5.3 DSPs C程序基本結(jié)構(gòu) 15
2.5.4芯片支持庫CSL 15
2.6 TMS320C6416編程資源 16
2.6.1 外部存儲(chǔ)器接口EMIF 16
2.6.1.1 概述 16
2.6.1.2 控制寄存器 16
2.6.2 增強(qiáng)直接存儲(chǔ)器訪問EDMA 17
2.6.2.1 概述 17
2.6.2.2 事件和事件控制寄存器 17
2.6.2.3 傳輸參數(shù)和參數(shù)RAM 18
2.6.2.4 EDMA啟動(dòng) 18
2.6.2.5 多組EDMA參數(shù)連接 19
2.6.2.6 EDMA中斷 19
2.6.3 多通道緩沖串口MCBSP 20
2.6.3.1 概述 20
2.6.3.2 控制寄存器 20
2.6.3.3 SPI協(xié)議接口 21
2.6.4 定時(shí)器TIMER 22
2.6.4.1 概述 22
2.6.4.2 控制寄存器 23
2.6.4.3 定時(shí)器工作模式 23
2.6.5 中斷 23
2.6.5.1 概述 23
2.6.5.2 中斷類型 24
2.6.5.3 中斷控制寄存器 24
2.6.6 通用輸入輸出GPIO 25
2.6.6.1 概述 25
2.6.6.2 控制寄存器 25
2.6.6.3 通用輸入輸出功能 25
2.7 DSP代碼編程 26
2.6.1連接命令文件設(shè)計(jì) 26
2.6.2中斷服務(wù)表文件設(shè)計(jì) 26
2.6.3主程序文件設(shè)計(jì) 27
第三章 單片機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì) 30
3.1 信號(hào)流程 30
3.2 工作方式 31
3.3 接口設(shè)計(jì) 32
3.3.1 接口引腳定義 32
3.3.2 接口引腳連接 32
3.4 工作流程 33
3.5 單片機(jī)編程基礎(chǔ) 33
3.6 單片機(jī)編程資源 34
3.6.1 中斷 34
3.6.1.1 概述 34
3.6.1.2 寄存器 34
3.6.2 輸入輸出端口 35
3.6.2.1 概述 35
3.6.2.2 寄存器 35
3.6.3 串行外設(shè)接口總線 35
3.6.3.1 概述 35
3.6.3.2 寄存器 35
3.6.3.3 信號(hào)說明 35
3.6.4 UART 36
3.6.4.1 概述 36
3.6.4.2 寄存器 37
3.6.4.3 8位UART可變波特率方式 37
3.6.5 定時(shí)器 37
3.6.5.1 概述 37
3.6.5.2 寄存器 38
3.7 單片機(jī)代碼編程 38
3.7.1 系統(tǒng)初始化設(shè)置 38
3.7.2 主程序設(shè)計(jì) 39
第四章 紙幣圖像特征識(shí)別編程 40
4.1紙幣版本面值特征識(shí)別 40
4.1.1 紙幣圖像長度和寬度閾值確定 40
4.1.2 有效圖像確定 40
4.1.3 紙幣圖像傾斜角度確定 41
4.1.4 紙幣圖像旋轉(zhuǎn)校正 42
4.1.5 紙幣圖像長度和寬度確定 44
4.1.6 相關(guān)算法說明 44
4.2紙幣擺放方向特征識(shí)別 45
4.2.1 基于特征圖案位置識(shí)別 46
4.2.2 基于灰度分布規(guī)律識(shí)別 46
4.2.3 基于與模板相似度識(shí)別 46
4.2.4 相關(guān)算法說明 47
4.3號(hào)碼特征特征識(shí)別 47
4.3.1 號(hào)碼字符串區(qū)域確定 47
4.3.2 單號(hào)碼字符區(qū)域確定 47
4.3.3 號(hào)碼字符識(shí)別 48
4.4 其他特征識(shí)別 49
第五章 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 51
5.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 51
5.2紙幣傳輸速度分析 53
5.2.1 數(shù)據(jù)表現(xiàn) 53
5.2.2 數(shù)據(jù)分析 53
5.2.3 分析結(jié)論 53
5.3版本面值特征識(shí)別率分析 54
5.3.1 數(shù)據(jù)表現(xiàn) 54
5.3.2 數(shù)據(jù)分析 54
5.3.3 分析結(jié)論 54
5.4擺放方向特征識(shí)別率分析 55
5.4.1 數(shù)據(jù)表現(xiàn) 55
5.4.2 數(shù)據(jù)分析 55
5.4.3 分析結(jié)論 56
5.5面值號(hào)碼特征識(shí)別率分析 57
5.5.1 數(shù)據(jù)表現(xiàn) 57
5.5.2 數(shù)據(jù)分析 57
5.5.3 分析結(jié)論 57
5.6 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 58
第六章 結(jié) 論 59
參考文獻(xiàn) 60
附 錄
附錄1 連接命令文件代碼qfjcsl.cmd
附錄2 中斷服務(wù)表代碼qfjcsl.asm
附錄3 電路原理圖
參考文獻(xiàn)
[1] SPECTRUM DIGITAL, INC. TMS320C6416 DSK Technical Reference.
_c6416a.pdf, April 2003.
[2] EXAR,XRD98L23 8-Bit,High-speed Linear CIS/CCD Sensor Signal Processor with Serial Control.
[3] 潘琢金，C8051F206 C8051F220/1/6 C8051F230/1/6混合信號(hào)ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊(cè).
[4] TEXAS INSTRUMENTS, TMS320C6000 DSP External Memory Interface（EMIF） Reference Guide.
[5] TEXAS INSTRUMENTS, TMS320C6000 DSP Enhanced Direct Memory Access（EDMA） Controller Reference Guide.
紙幣清分系統(tǒng)中紙幣圖像采集、分析和處理是核心技術(shù)。本論文主要圍繞紙幣圖像采集、分析和處理涉及的軟硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)問題展開了深入的研究與討論，提出了一套實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)和設(shè)計(jì)方案，為最終產(chǎn)品開發(fā)提供了參考。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，系統(tǒng)基本達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性要求，但在某些紙幣特殊特征的識(shí)別上，還處于理論研究階段，需要進(jìn)一步研究。
本文首先提出了系統(tǒng)DSP平臺(tái)和單片機(jī)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)方案，完成圖像傳感器SV253A4、傳感器處理器XRD98L23、開發(fā)板TMS320C6416DSK、開發(fā)板子板、機(jī)械分揀裝置控制、鍵盤輸入讀取、LED顯示、信息提示、RS232串行通信、SPI通信和UART通信電路討論和設(shè)計(jì)。
然后完成了系統(tǒng)硬件編程設(shè)置，包括傳感器處理器控制字設(shè)置，TMS320C6416的EMIF、EDMA、MCBSP、TIMER、INTERRUPT和GPIO模塊設(shè)置，C8051F206的INTERRUPT、I/O、SPI、UART和TIMER模塊設(shè)置。
最后提出了紙幣圖像特征分析和識(shí)別算法，完成紙幣版本面值、擺放方向、號(hào)碼和其他特殊特征的分析和識(shí)別。實(shí)驗(yàn)測(cè)試算法包括紙幣票面圖像采集起始結(jié)束確定、傾斜角度確定、旋轉(zhuǎn)校正、長度寬度確定、基于特征圖案位置識(shí)別、基于灰度分布規(guī)律識(shí)別、基于與模板相似度識(shí)別、逐層分類識(shí)別、臨近直線臨近交點(diǎn)去噪。理論分析算法包括圖像邊緣識(shí)別和內(nèi)部特定區(qū)域識(shí)別。
關(guān)鍵字：紙幣清分，圖像處理，數(shù)字信號(hào)處理，TMS320C6416，單片機(jī)
Abstract
Collection, analysis and disposal of banknote image are the key techniques in banknote sorting system. The paper makes deep research and discussion about the software and hardware design and development questions relating to collection, analysis and disposal of banknote image and puts farward an experimental research platform and a design reference scheme and provides a reference to final product development. System achieves basically experimental requests of real-time, accuracy and stability on the available experimental platform now. But some banknote special characters identifications are in the theory reseach stage and need more research.
Firstly, the paper puts forward hardware design scheme of DSP platform and SCM platform and achieves image sensor SV253A4, sensor processor XRD98L23, development board TMS320C6416DSK, daughter card of development board, engine sorting device control, keyboard input read, LED display, information hint, RS232 serial communication, SPI communication, UART communication circuit discussion and design.
Secondly, the paper achieves hardware program configuration including sensor processor control word configuration; EMIF, EDMA, MCBSP, TIMER, INTERRUPT and GPIO modules configurations in TMS320C6416; INTERRUPT, I/O, SPI, UART and TIMER modules configurations in C8051F206.
Finally, the paper puts forward banknote image character analysis and identification algorithm and achieves banknote version and par value, putting direction, number and other special character analysises and identifications. Experimental test algorithms include banknote breadth image collection start and end confirmation, incline angel confirmation, rotation transformation, length and width confirmation, identifications based on character pattern position, gray scale disciplinarian and template similitude, hiberarchy classification identification and near line near point of intersection to clear noises. Academic algorithms include image edge identification and inner special region identification.
Key words: banknote sorting, image processing, digital signal processing, TMS320C6416, SCM
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒 論 1
1.1 紙幣清分機(jī)概述 1
1.1.1 歷史背景 1
1.1.2 發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 1
1.2 數(shù)字信號(hào)處理概述 2
1.2.1 DSPs芯片發(fā)展 2
1.2.2 DSPs芯片特點(diǎn) 2
1.3 課題概述 3
1.3.1 課題來源 3
1.3.2 課題系統(tǒng)框架 4
1.3.3 課題完成內(nèi)容 5
1.3.4 課題實(shí)驗(yàn)環(huán)境 5
1.3.5 課題技術(shù)分析 6
1.3.6 課題器件分析 7
1.4 本文內(nèi)容 8
第二章 DSP平臺(tái)設(shè)計(jì) 9
2.1 信號(hào)流程 9
2.2 工作方式 10
2.3 接口設(shè)計(jì) 11
2.3.1 接口引腳定義 11
2.3.2 接口引腳連接 12
2.4 工作流程 13
2.5 DSP編程基礎(chǔ) 14
2.5.1 CCS集成開發(fā)環(huán)境 14
2.5.2 DSPs程序仿真模式 14
2.5.3 DSPs C程序基本結(jié)構(gòu) 15
2.5.4芯片支持庫CSL 15
2.6 TMS320C6416編程資源 16
2.6.1 外部存儲(chǔ)器接口EMIF 16
2.6.1.1 概述 16
2.6.1.2 控制寄存器 16
2.6.2 增強(qiáng)直接存儲(chǔ)器訪問EDMA 17
2.6.2.1 概述 17
2.6.2.2 事件和事件控制寄存器 17
2.6.2.3 傳輸參數(shù)和參數(shù)RAM 18
2.6.2.4 EDMA啟動(dòng) 18
2.6.2.5 多組EDMA參數(shù)連接 19
2.6.2.6 EDMA中斷 19
2.6.3 多通道緩沖串口MCBSP 20
2.6.3.1 概述 20
2.6.3.2 控制寄存器 20
2.6.3.3 SPI協(xié)議接口 21
2.6.4 定時(shí)器TIMER 22
2.6.4.1 概述 22
2.6.4.2 控制寄存器 23
2.6.4.3 定時(shí)器工作模式 23
2.6.5 中斷 23
2.6.5.1 概述 23
2.6.5.2 中斷類型 24
2.6.5.3 中斷控制寄存器 24
2.6.6 通用輸入輸出GPIO 25
2.6.6.1 概述 25
2.6.6.2 控制寄存器 25
2.6.6.3 通用輸入輸出功能 25
2.7 DSP代碼編程 26
2.6.1連接命令文件設(shè)計(jì) 26
2.6.2中斷服務(wù)表文件設(shè)計(jì) 26
2.6.3主程序文件設(shè)計(jì) 27
第三章 單片機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì) 30
3.1 信號(hào)流程 30
3.2 工作方式 31
3.3 接口設(shè)計(jì) 32
3.3.1 接口引腳定義 32
3.3.2 接口引腳連接 32
3.4 工作流程 33
3.5 單片機(jī)編程基礎(chǔ) 33
3.6 單片機(jī)編程資源 34
3.6.1 中斷 34
3.6.1.1 概述 34
3.6.1.2 寄存器 34
3.6.2 輸入輸出端口 35
3.6.2.1 概述 35
3.6.2.2 寄存器 35
3.6.3 串行外設(shè)接口總線 35
3.6.3.1 概述 35
3.6.3.2 寄存器 35
3.6.3.3 信號(hào)說明 35
3.6.4 UART 36
3.6.4.1 概述 36
3.6.4.2 寄存器 37
3.6.4.3 8位UART可變波特率方式 37
3.6.5 定時(shí)器 37
3.6.5.1 概述 37
3.6.5.2 寄存器 38
3.7 單片機(jī)代碼編程 38
3.7.1 系統(tǒng)初始化設(shè)置 38
3.7.2 主程序設(shè)計(jì) 39
第四章 紙幣圖像特征識(shí)別編程 40
4.1紙幣版本面值特征識(shí)別 40
4.1.1 紙幣圖像長度和寬度閾值確定 40
4.1.2 有效圖像確定 40
4.1.3 紙幣圖像傾斜角度確定 41
4.1.4 紙幣圖像旋轉(zhuǎn)校正 42
4.1.5 紙幣圖像長度和寬度確定 44
4.1.6 相關(guān)算法說明 44
4.2紙幣擺放方向特征識(shí)別 45
4.2.1 基于特征圖案位置識(shí)別 46
4.2.2 基于灰度分布規(guī)律識(shí)別 46
4.2.3 基于與模板相似度識(shí)別 46
4.2.4 相關(guān)算法說明 47
4.3號(hào)碼特征特征識(shí)別 47
4.3.1 號(hào)碼字符串區(qū)域確定 47
4.3.2 單號(hào)碼字符區(qū)域確定 47
4.3.3 號(hào)碼字符識(shí)別 48
4.4 其他特征識(shí)別 49
第五章 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 51
5.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 51
5.2紙幣傳輸速度分析 53
5.2.1 數(shù)據(jù)表現(xiàn) 53
5.2.2 數(shù)據(jù)分析 53
5.2.3 分析結(jié)論 53
5.3版本面值特征識(shí)別率分析 54
5.3.1 數(shù)據(jù)表現(xiàn) 54
5.3.2 數(shù)據(jù)分析 54
5.3.3 分析結(jié)論 54
5.4擺放方向特征識(shí)別率分析 55
5.4.1 數(shù)據(jù)表現(xiàn) 55
5.4.2 數(shù)據(jù)分析 55
5.4.3 分析結(jié)論 56
5.5面值號(hào)碼特征識(shí)別率分析 57
5.5.1 數(shù)據(jù)表現(xiàn) 57
5.5.2 數(shù)據(jù)分析 57
5.5.3 分析結(jié)論 57
5.6 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 58
第六章 結(jié) 論 59
參考文獻(xiàn) 60
附 錄
附錄1 連接命令文件代碼qfjcsl.cmd
附錄2 中斷服務(wù)表代碼qfjcsl.asm
附錄3 電路原理圖
參考文獻(xiàn)
[1] SPECTRUM DIGITAL, INC. TMS320C6416 DSK Technical Reference.
_c6416a.pdf, April 2003.
[2] EXAR,XRD98L23 8-Bit,High-speed Linear CIS/CCD Sensor Signal Processor with Serial Control.
[3] 潘琢金，C8051F206 C8051F220/1/6 C8051F230/1/6混合信號(hào)ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊(cè).
[4] TEXAS INSTRUMENTS, TMS320C6000 DSP External Memory Interface（EMIF） Reference Guide.
[5] TEXAS INSTRUMENTS, TMS320C6000 DSP Enhanced Direct Memory Access（EDMA） Controller Reference Guide.
