数字图像处理体系里上位机体系策划
第1章绪论
1 .1课题背景及意义
本课题来源于课题《数字图像处理系统》。整个数字图像处理系统的功能
是实现基于图像序列的水下目标轨迹捕获与跟踪，上位机系统属于数字图
像处理系统的中间层系统。
图像信息是人类获得外界信息的一个主要来源，在近代科研、工农业生产
、军事技术、医学、天文学和气象学等领域中，人们越来越多的利用图像
信息来认识问题、判断问题和解决问题。例如，在工厂中，技术人员可利
用电视图像来管理生产;在医学上，医生可以通过x射线成像的技术，用以
观察人身体各部位的断层图像;在科学研究方面，通过人造卫星拍摄的大
量空间和地面照片，人们可利用这些照片来获得地球的资源分布、气象环
境和污染情况等;在深海探测方面，人们利用水下机器人拍摄高清图像，
而研究人员只需在陆地上观测这些图像，并做些处理，便可研究深海情况
。由此可见图像信息的重要性。
获得图像信息固然非常重要，但目的不仅仅是为了获取图像，更重要的是
将获得的图像信息进行相应的处理，从大量复杂的原始图像中找出我们所
需要的信息。特别是在当今科学技术快速发展进步的时代，对图像信息的
处理提出了更高的要求，以便能够更加准确、快速、可靠的获得有用的信
息。
数字图像处理系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统包括:主计算机(主
要用于系统控制，可执行设备间的通信与控制任务、结果显示以及方便用
户对图像进行人机交互分析和处理)、图像数据处理设备(具有快速、稳定
和可靠的图像处理能力)、数据输入输出通道等。所以本文中，对数字图
像处理系统的需求，包括通用、高速、稳定、良好的人机交互性。通用，
要求数字图像处理系统的算法执行部分(下位机)能执行各种算法，而且系
统能够提供通用的外部接口。高速，要求下位机的算法执行速度够快，并
且数据在系统的输入输出通道内能够快速传输。稳定，要求数字图像处理
系统能够长时间正常工作。
近年来，随着超大规模的集成电路的工艺不断提高，单一芯片内部己经可
以容纳上百万个晶体管，从而使得FPGA芯片能够实现的功能也越来越强，
同时也更方便实现系统的集成。同以往的GAL,
PAL等相比，FPGA的规模更大，可替代几十块甚至几千块通用的IC芯片，
所以FPGA芯片成为了部分系统用以提高系统的集成度与可靠性的最佳选择
之一。所以在用户不断对新产品提出更大的图像容量、更高的图像质量和
更快的图像处理速度要求的时候，FPGA成为了最佳的选择。
而FPGA板卡无法提供良好的人机交互界面，用户无法在FPGA板卡上直接观
测和利用下位机的运算结果，所以提供这种良好的人机交互界面的，正是
本论文研究的重点，即上位机系统。由于FPGA板卡能够提供比如USB, PCI
Express,以太网等多种接口与PC机进行通信，所以将下位机与上位机建立
成一个统一的处理端系统，其中上位机作为整个系统对外的接口，而外界
与上位PC机之间的通信方式有很多而且通用，便使得整个处理端系统能够
对外提供通用的输入输出通道。本文采用的是高配置高性能的PC机作为上
位机系统，通过一定的接口与下位机进行数据信号、控制信号通信，配合
远程控制器端，实现一个数字图像处理系统。下位机通过上位机间接地与
远程控制器(客户机)进行数据交互，从而解决FPGA板卡无法实现友好的界
面以及人机交互性能差的问题。 第2章
数字图像处理系统上位机......... 13-31
数字图像处理系统......... 13-16
上位机系统设计方案 ......... 16-30
上位机软件开发语言......... 16-18
上位机系统硬件接口......... 18-27
上位机系统软件接口......... 27-30
本章小结......... 30-31
第3章 上位机系统软件......... 31-50
上位机软件各接口模块......... 31-43
LVDS输出卡软件......... 31-33
采集卡软件......... 33-34
RS422软件......... 34-38
以太网软件......... 38-43
上位机软件运行......... 43-46
运行流程......... 43-45
多线程技术......... 45-46
人机交互界面 ......... 46-49
本章小结......... 49-50
第4章 实验测试......... 50-57
系统实物图......... 50-52
系统测试结果......... 52-56
本章小结 ......... 56-57 结论
本论文主要策划并实现了数字图像处理体系的上位机体系。全文从课题背
景、上位机系的整体结构、系统关键技术的研究、各软件硬件模块划分、
硬件具体实现和软件具体实现等多个角度对整个上位机系统作了详细的介
绍和说明，并提供了系统实物图和测试相关的图像和数据，使得远程控制
器通过上位机系统所提供的接口，只需提供原始数据、参数、以及做出一
些相关的控制命令，即可访问并使用该数字图像处理系统。
上位机系统的实现主要基于Visual
C++开发平台利用MFC编程实现人机交互界面的设计，上位机系统最终
完成了通过TCP/IP套接字与远程控制器的数据通信，利用LVDS图像数据输
出卡向下位机发送算法所需的图像数据，使用RS422串口与下位机进行控
制指令、跟踪通道结果坐标的传递、采用LVDS图像采集卡提供的驱动程序
实现对下位机捕获过程上传的图像数据的采集，使用多线程技术完成上位
机从远程控制器接收原始图像数据的同时通过RS422串口向下位机发送一
些配置指令，上位机软件的一键连续运行以及将下位机上传的结果数据在
上位机本地进行无压缩的位图格式的存储与在软件界面上的清晰实时的显
示。
