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关键词： 人脸识别   Log-Gabor变换   2DPCA   互信息   嵌入式系统  

摘要： 人脸识别技术通过计算机技术对人脸图像或者含有人脸图像的视频序列进行分析,并提取人脸图像的特征进行身份鉴别。人脸识别技术是模式识别领域的研究热点之一,在身份认证、表情分析、刑侦破案、安全防盗等领域都有应用。近年来,随着嵌入式系统的发展,嵌入式设备的数据处理能力不断提高,结合人脸识别和嵌入式系统的嵌入式人脸识别系统被运用到各种场合,如门禁系统。本文在分析Log-Gabor变换的基础上,利用已有的嵌入式设备,构建了一个基于Log-Gabor变换的嵌入式人脸识别系统。该系统首先使用USB摄像头进行图像的采集,然后采用人脸的Haar-like特征和Adaboost算法进行人脸检测,再用多尺度多方向的Log-Gabor变换对人脸图像进行特征提取,最后运用最近邻分类器进行识别。虽然多尺度多方向的Log-Gabor变换能够很好的提取人脸特征,但是提取的人脸特征维数较高,处理时较为复杂,运算量较大,不适合使用资源有限的嵌入式设备进行处理。互信息是一种信息度量,可以度量两个对象之间的相关性,一幅人脸图像经多尺度多方向Log-Gabor滤波器特征提取之后,可以得到多个Log-Gabor特征,每个Log-Gabor特征都含有原图的一部分信息,因此本文提出了一种基于互信息的Log-Gabor特征加权融合算法。该方法通过对Log-Gabor特征进行加权融合处理,有效的解决了计算量过大的问题,大大缩短了人脸识别的时间。另外,本文对嵌入式系统的构建进行了较为详细的介绍,包含交叉编译环境的搭建,BootLoader、内核的编译与移植、根文件系统的制作,一些必备软件的交叉编译。最后对构建的嵌入式人脸识别系统进行了测试,测试的结果表明,该系统能够较好的识别人脸,具有一定的应用价值。

关键词： 嵌入式系统   bootloader   加载   固件  

摘要： 嵌入式实时系统是一种小型的软硬件可结合的计算机系统,由于其小巧,灵活,易于裁剪,因而具有广阔的市场应用前景和商业契机。嵌入式系统的一个最重要的特点就是每一种嵌入式系统都有其相应的CPU和外设,并辅以适合本系统的实时系统整合而成,故我们针对不同的微处理器和不同的外设都要开发相对应的boot加载代码。本文主要针对一个特定的嵌入式GPU硬件平台,并对其固件中的bootloader进行研究讨论。首先,本文对嵌入式系统、SOC、以及bootloader的相关概念进行了介绍,且研究了常见bootloader的基本原理和启动流程,并对比了不同微处理器架构的优缺点,从而选择一个适合所用硬件系统的软件架构;接着介绍了对当前CPU、内存和相应外设所需要的依赖,同时详细描述了初始化该系统所需要做的工作及相应的驱动程序。其次,主要阐述了本文所采用的bootloader的基本架构,它由burner,bootloader,updater三大模块组成,并辅以相应的串口,SROM,DDR,Ethernet,USB等硬件组成。主要论述了基于USB启动的bootloader,并通过DMA方式快速加载系统到内存中去以及一种通过USB进行系统升级的一种方案,此种方式可通过USB接口快速升级整个固件系统以及SROM内部各个模块的映射部分,这是便于维护嵌入式系统的一种常用的解决方法。最后由以上研究讨论结果,并针对真实的硬件环境,设计出针对适合所研究硬件平台的bootloader方案,并将此bootloader成功应用于嵌入式GPU的固件的开发中。同时提出了一种基于DMA方式的bootloader改进方案,并对比了以上两种方案的启动时间,在同一平台上与当前国内外研究现状做了对比,且对其可移植性做了分析,从而为嵌入式系统开发提供了有益的指导。

关键词： 微波谐振腔   扫频法   嵌入式系统   DDS+PLL   最小二乘法  

摘要： 在纸张生产过程中,含水率的测量和控制直接关系到纸张品质和生产效率,为了保持生产过程的稳定、保证纸张生产质量,需要保持纸张生产过程中含水率稳定。对纸张含水率进行在线测量,掌握纸张含水率实时变化情况,是纸张质量得以控制的基础。本论文以嵌入式技术为基础,结合微波谐振腔传感器技术完成了纸张含水率测量系统方案设计。当微波谐振腔内纸张含水率发生改变时,会引起谐振腔内部介质介电常数的变化,最终反映到谐振频率以及功率的变化。本系统通过对谐振腔的谐振频率的偏移以及-3db带宽的偏移的检测,实现了纸张含水率的在实时线测量。论文主要完成了系统硬件设计及相关软件编程,实现了含水率的实时采集、定量标定、存储查询等功能。该系统具有速度快、精度高、非接触、连续性好并且不受纸张质量和密度的影响等优点。本文的设计内容主要包括:(1)对微波谐振腔法测量纸张含水率的基本原理进行了论述,建立了纸张含水率与谐振腔谐振频率的偏移及-3db功率带宽的数学模型。(2)系统硬件研制:对系统各模块涉及得相关技术进行了研究,并设计了DDS+PLL扫频源模块、检波器模块、主控电路模块等相关模块的电路原理图。(3)系统软件设计:对纸张含水率测量系统各个模块程序进行设计,包括软件平台的搭建、em Win图形库的移植、主程序设计、扫频源软件设计、上位机软件设计等内容。(4)实验验证:利用该系统在实验室实时采集各种含水率的纸张数据,采用最小二乘法,根据不同含水率的纸张对应不同的微波值数据拟合出纸张含水率关系曲线,并对实验数据进行了误差分析。

关键词： 农业图像采集   多光谱   嵌入式系统   节点  

摘要： 随着计算机与网络技术的快速发展,基于嵌入式系统的远程视频图像监控技术已开始应用于农业生产中的种植、养殖等领域,为生产管理提供了实时、准确的图像资料,大大提高了劳动生产率。多光谱图像分析能对农作物水分、营养元素、病菌、产量等监测与评估具有非常广阔的应用前景。传统视频图像监控系统仅记录了可见光波段范围的图像信息,丢失了紫外、近红外和中红外等图像波段信息,然而这些信息对分析作物成分和监测作物生长状态具有重要意义。本文在研究国内外关于多光谱图像与嵌入式图像采集系统等成果的基础上,重点从高分辨率多光谱图像获取、四波段采集自动切换、多模式无线接入和嵌入式环境支持等方面对之前的图像采集节点进行了优化,设计了一种基于嵌入式的多光谱图像采集新型节点。在节点的设计方案中,采用滤光片转换模块+CMOS探测器的成像结构,用ARM-Linux平台控制多光谱图像采集与数据传输,并设计了内核硬件驱动层、用户应用层的模块程序,实现了嵌入式系统下的分辨率为2592×1936像素的彩色图像、绿光(550nm)、红光(650nm)、近红外(800nm)四种图像数据的采集与无线传输。为了便捷地应用节点,本文还设计了一种农业多光谱图像采集节点应用系统,用户可通过客户端远程控制部署在野外的多光谱图像节点。多光谱图像采集试验表明,节点采集多光谱图像分辨率可达2592×1936(5.0M)像素,图像文件大小约为1410KB,采集与压缩的平均耗时15.9秒;相邻的两个光谱波段切换平均耗时2秒,采集完整的(四幅)光谱图像平均耗时70秒;光谱图像质量分析表明节点与MS-4100相机在绿光、红光、近红外三个波段下的光谱图像直方图的直方图匹配图为0.89、0.88、0.85,两者的多光谱成像能力差距较小。网络传输测试表明节点的网络指令数据丢失率为1%,3G网络传输速率为92Kbps,发送一张采集图像耗时在15秒到25秒之间。通过节点在宫粉羊蹄甲植株叶绿素检测的初步应用,显示本节点在农业科学研究中中具有较广阔的应用前景。

关键词： H.265/HEVC   帧内预测   网络传输   嵌入式系统  

摘要： 随着互联网技术和视频处理技术的发展,网络视频的应用逐渐呈现多样化和高清化趋势,导致人们对视频流的压缩效率越来越敏感。为此,国际联合视频编码组(Joint Collaborative Team on Video Coding,JCT-VC)制订了新一代视频编码标准H.265/HEVC(High Efficiency Video Coding)。H.265/HEVC标准在采用H.264/AVC混合视频编码框架的基础上,引入了新的编码技术,例如基于四叉树的块划分、35种帧内预测模式、自适应运动矢量预测、像素自适应补偿等,使H.265/HEVC标准的压缩效率相较H.264/AVC标准提高了一倍,但是算法的计算复杂度也大幅增加。如何在保证视频质量的前提下有效减少编码时间,已成为H.265/HEVC标准算法中的一个研究热点。重点对H.265/HEVC标准的基本原理和关键技术进行深入研究,着眼于H.265/HEVC帧内预测模式选择算法研究,提出一种帧内预测模式快速选择算法。改进后的算法将35种帧内预测模式分为四类,利用率失真优化依次搜索各类中的最佳帧内预测模式。一旦确定出最佳帧内预测模式,即可停止搜索剩下类中的模式,在一定程度上减少参与模式判别的候选模式数量,从而缩短帧内预测编码时间。在改进后算法的基础上设计视频采集、视频编码、网络传输、视频解码等功能单元,实现一种基于H.265/HEVC标准的算法评测原型系统,并通过实验验证算法性能。实验结果表明,在相同图像质量的情况下,改进算法后的编码器与官方测试模型HM16.0相比,码率平均增加1.623%,编码时间平均减少22.35%。改进后的算法在保证视频质量的前提下,有效地减少了帧内预测编码时间,具有一定的理论意义和实践意义。

关键词： 自动驾驶仪   数学模型   Simulink Coder   自动代码生成   DO178C   嵌入式系统  

摘要： 民用飞机自动驾驶仪软件作为机载软件的一部分,必须满足适航性条例要求,软件需符合DO178C的开发和验证标准。软件的安全性和稳定性是其能否作为机载软件最重要的指标,传统的自动驾驶仪软件设计有周期长、难度大、高风险、高成本等缺点,开发的过程并没有严格按照DO178C标准来开发,使得软件的认证过程困难且繁琐。本文提出数学模型化的自动驾驶仪设计方法,将自动驾驶仪数学模型化,由于数学模型的表达具有一致性,软件需求与数学模型一一对应并能对模型进行实时验证和确认,所以基于数学模型自动生成的代码具有很高的安全性和稳定性;同时,数学模型化的自动驾驶仪软件设计能够自动生成符合DO178C标准的认证文档,简化了软件的认证过程。因此,数学模型化的自动驾驶仪软件设计具有周期短、效率高、低成本的优点。本文的主要工作体现在以下几个方面:首先本文给出了通用飞机自动驾驶仪的总体设计方案,即自动驾驶仪的基本组成及功能。描述了自动驾驶仪的基本部件以及部件间的联系,定义了自动驾驶仪具备的基本功能及其性能。其次本文给出自动驾驶仪软件的需求分析,定义了自动驾驶仪软件的组成模块,为后续编写自动驾驶仪软件提供依据。根据软件需求分析,将自动驾驶仪软件分成数学模型化实现与手工实现两种不同的途径。然后利用Matlab/Simulink建立自动驾驶仪数学模型,按照其功能不同分为方式选择模型和控制律模型两部分。分别利用Stateflow和Simulink对方式选择模型和控制律模型建模,并利用Simulink Coder自动代码生成工具箱将模型生成标准C代码。为生成高效、稳定的代码,工具箱对数学模型进行优化,并详细分析了自动代码生成报告。最后为验证数学模型化的自动驾驶仪软件设计方法,将MSP430F5438A芯片作为自动驾驶仪的飞行控制计算机处理器并编写底层驱动,进行了开环验证测试及闭环测试,达到了预期效果,具有一定的工程应用价值。

关键词： 树莓派   二维码   Python   Linux   嵌入式系统   物联网   车载辅助设备  

摘要： 对于二维码在公共交通服务领域上使用的问题,本设计基于嵌入式Linux设备--树莓派设计一套车载二维码扫描识别系统。创新之处是采用树莓派的基础语言Python进行设计,实现树莓派扫描识别二维码信息的功能。当用户驾驶车辆在停车过程中使用该设备扫描识别二维码时,短信API接口能通过服务器自动为用户发送停车信息提醒用户注意停车时长和收费情况。

关键词： 智能家居   Zigbee技术   嵌入式系统   智能控制  

摘要： 随着无线传感网络技术、网络通信技术的发展,智能家居的概念被越来越多的人所理解和接受。然而,传统的智能家居只能实现开关量控制且扩展性不好、成本高,因此越来越满足不了人们对于智能生活的追求。本文采用基于Zigbee技术与ARM技术的智能家居控制系统,引入无线传感网络,在降低了智能家居成本的同时也使布线更加灵活,具有更好的扩展性和灵活性。首先,本文研究了智能家居国内外的发展状况,分析了智能家居中所用到的关键技术——无线传感网络技术和嵌入式技术。通过对Zigbee技术、蓝牙技术、UWB、Wi-Fi、红外几种常用无线通信技术的比较,得出基于Zigbee技术的智能家居系统在功耗、成本、网络容量等方面具有较大优势。因此,本文选用Zigbee技术作为智能家居中的无线通信技术。其次,完成了控制系统硬件平台的搭建。系统选用广州友善之臂(FriendlyARM)公司的tiny4412开发主板为主控平台,选用TI公司的CC2530芯片为系统的无线通信芯片,完成了控制系统网关和节点的无线通信模块的研制。对现有WSN中天线进行研究,研制了以便在智能家居中终端节点上安装的IFA天线和鞭状天线。再次,进行了控制系统软件环境的搭建与开发。课题中嵌入式网关选用Android系统作为操作系统,采用虚拟IP的方法完成Zigbee协议与Internet协议的转换,采用Labview和Android Studio完成了PC机运用程序与智能移动终端的APP开发。通过对无线通信协议的研究,提出在LEACH协议簇头节点选取阶段加入节点的位置信息与节点的当前剩余能量信息、在簇头最终选定阶段引入模拟退火算法,实验结果表明优化后的协议在网络寿命和数据传输效率上都有了很大的提高。最后,文中对最后的实验结果进行了分析总结。结果表明:基于Zigbee技术的智能家居电器控制系统的方案是可行的,具有功耗低、扩展性好、成本低廉的特点,具有较强的实用价值和运用前景。

关键词： 嵌入式系统   温湿度传感器   图像采集   web远程监控  

摘要： 伴随信息技术和物联网技术的不断发展,各行各业均产生了翻天覆地的变化。在农业领域,信息技术应用于农业生产、农业管理、农业经营和农业服务,采集来自于农田、温室、园林等各个环境信息。结合我国农业实际情况,本文选取了具有高性价比的ARM芯片,辅之以开源且免费的嵌入式操作系统。设计了一种采用基于微处理器ARM9架构的嵌入式系统,结合图像、温湿度传感器及有线网络,用于对植物生长环境进行监控。为后续科学化的施肥、施药、信息预警和科学管理、决策提供技术支持。本文首先根据当前形势和背景说明环境信息监控系统在农业方面的应用,阐述了开发相关产品的必要性。分析国内外环境监控技术的发展现状,结合我国自身国情,提出了使用以ARM9架构的微处理器为核心的控制平台与嵌入式Linux系统平台,利用传感器技术与网络技术构建一个远程植物环境监控系统。然后,根据功能需求搭建系统硬件平台。嵌入式控制芯片使用三星公司的s3c2440,并结合相关外围电路,来作为系统的控制和服务中心;选用DHT11数字温湿度传感器来对环境温湿度进行采集;使用中星微ZC0301摄像头来对图像进行采集;远程监控使用B/S架构,依靠PC端浏览器进行信息监控。在制定总体方案之后,对硬件平台各个模块进行了详细介绍。在完成系统硬件平台的搭建之后,开始软件平台的设计,将采用自下而上的思想,以底层平台的构建为开始,介绍实现原理和开发过程。其中系统软件设计分为两部分:操作系统平台的搭建及应用程序的开发。先进行操作系统平台的搭建,包括:建立交叉编译环境,用以生成适用于本平台的可执行文件;移植BootLoader程序,用以引导操作系统的运行;配置,移植linux内核,用以提供服务给底层可编程部件,并提供运行环境给上层应用程序;使用Busy Box1.6工具制作了基于NAND Flash的JFFS2文件系统,用以对存储设备上的数据进行组织和管理。操作系统平台搭建完成之后,实现对信息的采集工作,通过编写并加载设备驱动及开发信息采集应用程序来完成。本文根据DHT11芯片的工作流程,设计驱动程序,编译完成后加载入内核;给操作系统植入usb驱动补丁,之后对内核重新配置,编译生成新的内核,增添了对usb摄像头驱动的支持;移植sqlite数据库,并建立温湿度历史记录表;在图像采集的过程中使用了Linux操作系统提供的v4l编程接口,根据采集图像流程设计图像采集程序;根据温湿度采集流程编写数据采集程序。接下来,利用嵌入式web监控技术实现远程监控。包括:在已搭建完成的系统平台上移植嵌入式WEB服务器,用以接受客户机的请求,给客户机提供可以浏览的网页;编写CGI程序,用以对环境温湿度信息进行实时监控;使用JAVA语言编写浏览器客户端JAVA Applet小程序,用于对采集到的图像进行动态播放;最后使用html语言制作网页客户端,作为展示界面,包括系统主界面,温湿度历史记录显示界面,实时视频播放界面。之后,实现嵌入式服务器程序。主要使用网络套接字、多线程技术创建数据采集线程和处理客户端请求。为提高系统响应速度及减小系统开销,使用了线程池技术来进行线程的管理,当线程池的处理能力不足时,利用动态调整思想对线程池内线程数量进行调整,增强了系统稳定性。最后,对软硬件平台搭建及资源部署完成后的系统进行测试。实验测试结果表明,系统能够及时准确采集环境温湿度及图像信息,并具有远程动态展示功能,为后续功能扩展与完善奠定了基础。

关键词： 项目驱动   CDIO   嵌入式系统   实践能力培养  

摘要： 针对培养具有工程实践能力的嵌入式系统人才的问题,依据卓越工程师教育培训计划和CDIO工程教育模式的要求,提出基于项目驱动的计算机专业嵌入式系统方向应用型人才实践能力培养模式,包括培养目标定位、课程群体系架构设置、项目驱动的实践教学模式设计、实训项目设计四个方面,形成一套较为完善的嵌入式系统实践能力的培养体系。