專利名稱：一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金相顯微組織嵌入式圖像采集技術，具體是指一種基于ARM(高級精簡指令集計算機)+WINCE (微軟嵌入式實時操作系統(tǒng))的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及采用上述系統(tǒng)的金相組織采集顯示方法。
背景技術：
隨著數字信號處理技術的迅速發(fā)展，圖像處理技術的需求與日俱增，在工程領域、 工業(yè)生產、軍事、醫(yī)學以及科學研究中的應用日益普遍。近年來，在金屬材料科學領域，為了滿足國內外市場的需求，高像素、圖像清晰的數字顯微圖像采集系統(tǒng)應運而生，由它獲取的數字圖像可以在顯示屏上進行觀察并可以隨時記錄。目前，金相顯微視覺系統(tǒng)絕大多數是由顯微鏡本體、CCD攝像頭、圖像采集卡、計算機等四大部件組成，通過CCD攝像頭將金相組織轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理單元，轉變成數字化信號，最后傳輸到計算機上，從而實現金相組織的采集和顯示。這樣的圖像采集系統(tǒng)成本較高，功耗大，而且體積上也有一定的限制，不方便移動。傳統(tǒng)的金屬處理是將樣品切割后，再經過拋磨而后放置在顯微鏡下以檢查金屬缺陷。但在機械制造、鍋爐及壓力容器的制造及檢驗、石油化工、鐵路、造船、電力設備、大型模具、安全檢測、質量監(jiān)督和理化試驗室等領域，對設備正在應用中的大型金屬工件進行金屬缺陷檢查時，為了保證工件的完整性，往往不能采用切割取樣的方法，只能直接在工件上拋磨、檢視，即對金屬進行現場金相檢查，現場實現金相組織采集、顯示并進行研究分析。此時，傳統(tǒng)的金相顯微視覺系統(tǒng)顯然不能滿足要求。經對現有技術文獻的檢索發(fā)現，“金相組織數字化數據采集系統(tǒng)”(陳岳林，汪杰君，許廷麗.光學精密工程，2005. 13)是由金相顯微鏡、CXD攝像機、圖像采集卡和計算機及顯示終端組成，雖然該圖像采集系統(tǒng)能夠實現高速可靠的金相組織采集，但其體積大，不能靈活攜帶。另經檢索發(fā)現，中國專利申請?zhí)枮?00810048425. 4，名稱為一種基于ARM的便攜式圖像實時采集和顯示終端，該申請案采用嵌入式Linux技術，利用Linux內核的相應編程接口函數編寫圖像采集程序，實現圖像的實時顯示。但由于受到嵌入式Linux占用內存大，尚沒有很好的用戶圖形界面的限制，系統(tǒng)的開發(fā)和維護難度大，難以輸出人性化的人機界面。同時，該系統(tǒng)只能實現宏觀圖像的采集，不能實現金相組織微觀圖像的采集。檢索結果表明，目前還沒有以32位ARM嵌入式處理器作為信息處理核心，WINCE作為嵌入式實時操作系統(tǒng)的便攜金相組織采集和顯示系統(tǒng)相關技術成果；利用模塊化、可移植的設計方法，實現便攜式金相顯微組織的采集和顯示系統(tǒng)，還屬于空白
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的第一個技術問題，就是提供一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)以32位ARM嵌入式微處理器為核心，將WINCE嵌入式實時操作系統(tǒng)移植到金相組織顯微圖像的采集和顯示系統(tǒng)中，結合傳感器技術、圖像處理技術、計算機通信技術， 通過對程序各個任務的合理分配，使系統(tǒng)能快速有效地獲取清晰的金相組織顯微圖像，性能穩(wěn)定、體積小、便攜、成本低，具有較高的實際應用價值。上述發(fā)明目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現
一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，包括圖像采集模塊、ARM嵌入式處理器、人機交互模塊、數據存儲模塊，所述的ARM嵌入式處理器分別與所述的圖像采集模塊、人機交互模塊和數據存儲模塊相互連接，系統(tǒng)結構由硬件層、操作系統(tǒng)層和應用層組成。所述圖像采集模塊由便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CXD圖像傳感器和 A/D轉換模塊依次連接組成，所述便攜式金相顯微鏡采集材料試樣的光信號，所述A/D轉換模塊的輸出端與ARM嵌入式處理器相連接；
所述人機交互模塊由IXD顯示模塊、觸摸屏模塊和ARM嵌入式處理器相互連接而成；所述IXD顯示模塊和觸摸屏模塊分別與ARM嵌入式處理器相連接；
所述數據存儲模塊包括SDRAM、Nand Flash和SD卡(安全數碼卡)；所述SDRAM、Nand Flash和SD卡分別與ARM嵌入式處理器相連接。在上述基礎上，本發(fā)明還可以做進一步的改進
所述ARM嵌入式處理器還連接有無線傳輸模塊，實現圖像數據無線傳輸功能。所述ARM嵌入式處理器的型號是32位RISC嵌入式微處理器S3C2440 包括 SDRAM控制器和外部存儲器接口、SD卡接口、IXD控制器、4線電阻式觸摸屏接口和8通道 10位ADC (模擬/數字轉換器);利用ARM核內運行的WINCE操作系統(tǒng)對ARM進行控制和管理，包括進程控制和文件系統(tǒng)的管理。所述CXD圖像傳感器將便攜式金相顯微鏡經圖像采集器適配器傳輸過來的的金相組織圖像信號進行并行信號暫存和相位放大處理，輸出模擬圖像信號，再輸入到A/D轉換模塊中；
所述的A/D轉換模塊中視頻轉換芯片為極低功耗視頻解碼器TVP5151M，A/D轉換模塊將同步信號分離、色度/亮度信號分離，轉換成以二進制的數字信號，采取8位方式輸出，輸出的數字信號流直接輸入到ARM嵌入式處理器的圖像數據采集單元中；所述A/D轉換模塊與ARM嵌入式處理器的接口包括三部分SCCB (Serial Camera Control Bus，串行攝像機控制總線)接口、控制接口和數據輸出接口。所述SCCB接口是ARM嵌入式處理器向TVP515IM傳輸內部寄存器初始化參數的通道，此時圖像采集模塊只能作為從設備，ARM嵌入式處理器作為主設備，主設備對從設備進行讀寫操作；
所述控制接口為圖像采集模塊和ARM嵌入式處理器之間傳輸控制信號的通道， TVP5151M內部產生三個時鐘信號輸入到ARM中，用于對圖像進行控制；
所述數據輸出接口是8位YCbCr或RGB格式圖像數據向ARM傳輸的通道，S3C2440嵌入式處理器的CAMIF(Camera Interface，攝像機接口)口支持8位4 :2 :2 的 ITU-R BT 601/656 信號，TVP5151M的數據接口 DATAW:7]與CAMIF的數據接口 CAMDATAW:7]相連接。所述IXD顯示模塊與S3C2440嵌入式處理器內部的IXD控制器相連接，通過驅動程序，LCD控制器將定位于系統(tǒng)存儲器的顯示緩沖區(qū)的LCD圖像數據傳送到外部LCD控制
ο所述觸摸屏模塊為4線電阻式觸摸屏，它與S3C2440嵌入式處理器內部的A/D擴展觸摸屏接口相連接。本發(fā)明在軟件上以Windows CE嵌入式實時操作系統(tǒng)驅動程序框架為基礎，根據各單元接口和硬件設計而成。系統(tǒng)核心架構包括三層硬件層、操作系統(tǒng)層和應用層。IXD顯示模塊、觸摸屏模塊采用本機設備驅動程序設計；圖像采集模塊采用流接口驅動程序設計， 定制的流接口函數直接調用與硬件設備相關的處理函數，省去了層與層之間的調用和信息傳遞，提高了圖像采集處理過程的實時性。其中，視頻轉換芯片TVP5151M的的驅動程序被編譯成動態(tài)鏈接庫camera, dll文件，而且還提供了所有的功能接口函數，由設備管理器加載、調用、提供電源和I/O管理，內核為驅動程序提供中斷服務，應用程序通過系統(tǒng)的API調用驅動程序的流接口函數發(fā)送命令，從而實現WINCE操作系統(tǒng)對視頻轉換芯片TVP5151M的動態(tài)管理。本發(fā)明的第二個目的，就是提供采用上述嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)的金相組織采集顯示方法，包括以下步驟
第一步，系統(tǒng)開機，系統(tǒng)參數初始化。啟動過程中，系統(tǒng)調用MitDisplayO函數在 Eboot階段初始化LCD和觸摸屏；圖像采集驅動程序被設備管理器加載時自動調用圖像采集初始化函數，進行以下操作使用函數VirtualAllocO和VitualCopyO為硬件設備寄存器分配虛擬地址空間、初始化圖像采集設備TVP5151M、初始化中斷服務線程；
第二步，連接1/0控制，查詢圖像信息后設定傳輸模式，根據獲取的設備信息和圖像信息調用API函數決定是否捕獲；應用程序通過系統(tǒng)激活1/0控制函數CIS_I0C，向驅動程序傳遞包括讀寫和參數設置在內的設備控制命令，控制命令以1/0控制代碼(IOCTL)的形式發(fā)送給驅動程序；
圖像捕獲開始命令的1/0控制程序為
#define I0CTL_CAM_C0NT CTL_C0DE(FILE_DEVICE_VIDE0 ， 4 ， METHOD _NEITHER ， FILE_ANY_ACCESS)
當驅動接收到應用程序發(fā)送的使能并初始化攝像頭的控制代碼I0CTL_CAM_C0NT， 就執(zhí)行流接口函數CIS_I0C中對應的程序段 Case I0CTL_CAM_C0NT
RETAILMSG(1, (TEXT("CAMERA:I0CTL_CAM_C0NT\r\n")))； //DisplayEnable = 1，攝像機使能
s2440 INT ->INTMSK &= BIT_CAM ；// 打開 CAMIF 接口中斷掩碼
s2440INT->INTSUBMSK &= (BIT_SUB_CAM_P | BIT_SUB_CAM_C) ；//打開 DMA_C 和DMA_P通道的中斷掩碼
Camif_Capture (CAPTURE_0N, CAPTURE_0N) ； // 打開全局捕獲功能 SetEvent (CameraEvent)；
#ifndef YL_2440_SUPP0RT//條件編譯捕獲程序
s2440I0P->GPGC0N &= (0x3<<24)； s2440I0P->GPGC0N = (0xl 24)；#endif
frame_count = 0;//幀計數器置零
break;
第三步，捕獲圖像并存儲到緩沖區(qū)，直至結束捕獲；數字信號流通過CAMIF的數據接口 CAMDATA
直接輸入到S3C2440嵌入式處理器的圖像數據采集單元中，單元內部將捕獲的圖像數據以DMA (Direct Memory Access，直接存儲器訪問)方式傳輸到內存中；
第四步，緩沖區(qū)的CAMDATA數據直接被流接口驅動函數識別，由S3C2440內部的LCD控制器送往外部IXD模塊顯示預覽；通過CreateWindow這個API函數創(chuàng)建一個用來顯示圖像的窗體，然后建立回調函數CaptureIliread-Proc的線程，在CaptureIliread-Proc中根據不同的操作向WINCE系統(tǒng)發(fā)送不同的消息值，處理圖像的讀取、顯示；
第五步，采集觸摸屏信息，決定存儲或丟棄圖像；當系統(tǒng)需要存儲圖像時，力口載SD卡驅動程序；SD卡的驅動程序處理流程主要在sdhceventhandlers. cpp中的 handleAddDeviceO中，包括SD卡的識別，卡的上電，卡的種類的識別，加載Client端的驅動；文件系統(tǒng)的讀寫會先到SDMemory層將CardIO轉化為DISKI0，然后通過BUS層傳遞給 Host Controller，其中讀寫主要由CMD17和CMD18，以及CMDM和CMD25完成；由于圖像信息已經保存在以BUFFER為首地址的系統(tǒng)內存中，只需要對這段內存中的圖像信息進行讀取即可以完成金相組織顯微圖像的保存；
第六步，去初始化，驅動程序被系統(tǒng)卸載，釋放設備所有占用的資源，圖像采集和顯示過程結束。本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果
1、本發(fā)明的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，采用嵌入式處理器S3C2440，利用 ARM9超低功耗特性和強大的數據處理能力，與便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CXD 圖像傳感器和A/D轉換模塊組成金相組織采集系統(tǒng)。結構緊湊，取代金相顯微鏡、CCD攝像機、圖像采集卡和計算機的傳統(tǒng)金相組織采集方案。甚至根本就不需要PC機的介入，在保證采集實時性的前提下，能有效降低成本，具有體積小、安裝攜帶方便、配置靈活等優(yōu)點，對進行現場金相檢查，現場實現金相組織采集、顯示并進行研究分析場合具有突出的優(yōu)勢，具有廣闊的市場應用前景。2、本發(fā)明以Windows Embedded CE 6. O作為嵌入式實時操作系統(tǒng)，開發(fā)周期短，內核完善，主要是應用層開發(fā)，系統(tǒng)功能強大，利用WINCE豐富的GUI (圖形用戶接口)，能夠定制非常人性化的人機交互界面，而且系統(tǒng)維護相對容易。3、本發(fā)明采用SD模塊與嵌入式處理器連接，實現金相組織圖像的存儲功能，而且還進一步實現了圖像數據的無線傳輸功能，為后期的圖像處理以及定量金相分析系統(tǒng)的研制奠定了堅實的前期基礎。


圖1是本發(fā)明的結構框圖2是本發(fā)明的圖像采集模塊中A/D轉換模塊的電路結構圖； 圖3是本發(fā)明的S3C2440嵌入式處理器平臺的攝像機接口 ； 圖4是本發(fā)明的人機交互模塊的工作原理框圖；圖5是本發(fā)明的數據存儲模塊的SD卡的電路結構圖； 圖6是本發(fā)明的WINCE嵌入式系統(tǒng)工作結構框圖； 圖7是本發(fā)明圖像采集和顯示的總流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。本發(fā)明的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)實施例，如圖1所示，包括圖像采集模塊1、ARM嵌入式處理器2、人機交互模塊3和數據存儲模塊4，所述的ARM嵌入式處理器 2分別與所述的圖像采集模塊1、人機交互模塊3和數據存儲模塊4相互連接，系統(tǒng)結構由硬件層、操作系統(tǒng)層和應用層組成。圖像采集模塊1由便攜式金相顯微鏡6、圖像采集器適配器7、(XD圖像傳感器8和 A/D轉換模塊9依次連接組成，所述便攜式金相顯微鏡6采集材料試樣5的光信號，所述A/ D轉換模塊9的輸出端與ARM嵌入式處理器2相連接。人機交互模塊3由IXD顯示模塊10和觸摸屏模塊11構成，所述IXD顯示模塊10 與ARM嵌入式處理器2相連接；所述觸摸屏模塊11與ARM嵌入式處理器2相連接。數據存儲模塊4 包括 SDRAM 12、Nand Flash 13 和 SD 卡 14，所述 SDRAM 12、Nand Flash 13和SD卡14均分別與ARM嵌入式處理器相2連接。ARM嵌入式處理器2還連接有無線傳輸模塊15。作為優(yōu)選實施方式，所述ARM嵌入式處理器2的型號是32位RISC嵌入式微處理器S3C2440 包括SDRAM控制器和外部存儲器接口、SD卡接口、IXD控制器、4線電阻式觸摸屏接口和8通道10位ADC ；利用ARM核內運行的WINCE操作系統(tǒng)對ARM進行控制和管理， 包括進程控制和文件系統(tǒng)的管理。CXD圖像傳感器8將便攜式金相顯微鏡6經圖像采集器適配器7傳輸過來的的金相組織圖像信號進行并行信號暫存和相位放大處理，輸出模擬圖像信號，再輸入到A/D轉換模塊9中；作為優(yōu)選實施方式，便攜式金相顯微鏡的型號是PTI-1700 ；
作為優(yōu)選實施方式，如圖2所示為圖像采集模塊中A/D轉換模塊的電路結構圖，A/D轉換模塊9中視頻轉換芯片為極低功耗視頻解碼器TVP5151M。A/D轉換模塊將同步信號分離、 色度/亮度信號分離，轉換成以二進制的數字信號，采取8位方式輸出，輸出的數字信號流直接輸入到ARM嵌入式處理器2的圖像數據采集單元中。如圖3所示，作為優(yōu)選實施方式，A/D轉換模塊9與ARM嵌入式處理器2的接口包括三部分SCCB (Serial Camera Control Bus，串行攝像機控制總線)接口、控制接口和數據輸出接口；
SCCB接口有兩根連線數據線SCL和時鐘線SDA，當SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數據；當SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據； 它是ARM嵌入式處理器2向TVP5151M傳輸內部寄存器初始化參數的通道，此時圖像采集模塊只能作為從設備，ARM嵌入式處理器2作為主設備，主設備對從設備進行讀寫操作；
控制接口為圖像采集模塊和ARM嵌入式處理器2之間傳輸控制信號的通道，TVP5151M 內部產生三個時鐘信號輸入到ARM中，用于對圖像進行控制像素時鐘信號CAM_SCLK、幀同步信號CAM_VSYNC和行同步信號CAM_HSYNC ；每一個CAM_VSYNC脈沖表示開始采集一幀圖像數據，CAM_HSYNC的高電平表示采集一行圖像數據，圖像傳感器以從左到右的順序在每個 CAM_SCLK脈沖過程中依次采集一個字節(jié)的數據，直到一幀圖像數據全部采集完成；
數據輸出接口是8位YCbCr或RGB格式圖像數據向ARM傳輸的通道，S3C2440嵌入式處理器 2 的 CAMIF (Camera Interface，攝像機接口)支持 8 位 4 :2 :2 的 ITU-R BT 601/656 信號，TVP5151M的數據接口 DATAW:7]與CAMIF的數據接口 CAMDATAW:7]相連接。如圖4所示為人機交互模塊的工作原理框圖。IXD顯示模塊10與S3C2440嵌入式處理器2內部的IXD控制器相連接，通過驅動程序，IXD控制器將定位于系統(tǒng)存儲器的顯示緩沖區(qū)的IXD圖像數據傳送到外部IXD控制器。觸摸屏模塊11為4線電阻式觸摸屏，它與S3C2440嵌入式處理器2內部的A/D擴
展觸摸屏接口相連接。作為優(yōu)選實施方式，圖5是本發(fā)明的數據存儲模塊的SD卡的電路結構圖；SD卡的 CMD、CLK和DATA W:3]與S3C2440嵌入式處理器2內部的SD卡控制器接口相連接。作為優(yōu)選實施方式，如圖6所示，本發(fā)明在軟件上以Windows Embedded CE 6. 0嵌入式實時操作系統(tǒng)驅動程序框架為基礎，根據各單元接口和硬件設計而成。系統(tǒng)核心包括三層硬件層、操作系統(tǒng)層和應用層。LCD顯示模塊10、觸摸屏模塊11采用本機設備驅動程序設計；圖像采集模塊1采用流接口驅動程序設計，定制的流接口函數直接調用與硬件設備相關的處理函數，省去了層與層之間的調用和信息傳遞，提高了圖像采集處理過程的實時性。其中，視頻轉換芯片TVP5151M的驅動程序被編譯成動態(tài)鏈接庫camera, dll文件，而且還提供了所有的功能接口函數，由設備管理器加載、調用、提供電源和I/O管理，內核為驅動程序提供中斷服務，應用程序通過系統(tǒng)的API調用驅動程序的流接口函數發(fā)送命令，從而實現WINCE操作系統(tǒng)對視頻轉換芯片TVP5151M的動態(tài)管理。本發(fā)明還涉及上述嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)的顯示方法，包括以下步驟
第一步，系統(tǒng)開機，系統(tǒng)參數初始化。啟動過程中，系統(tǒng)調用MitDisplayO函數在 Eboot階段初始化LCD和觸摸屏；圖像采集驅動程序被設備管理器加載時自動調用圖像采集初始化函數，進行以下操作使用函數VirtualAllocO和VitualCopyO為硬件設備寄存器分配虛擬地址空間、初始化圖像采集設備TVP5151M、初始化中斷服務線程；
第二步，連接1/0控制，查詢圖像信息后設定傳輸模式，根據獲取的設備信息和圖像信息調用API函數決定是否捕獲；應用程序通過系統(tǒng)激活1/0控制函數CIS_I0C，向驅動程序傳遞包括讀寫和參數設置在內的設備控制命令，控制命令以1/0控制代碼(IOCTL)的形式發(fā)送給驅動程序。圖像捕獲開始命令的1/0控制程序為
#define I0CTL_CAM_C0NT CTL_C0DE(FILE_DEVICE_VIDE0 ， 4 ， METHOD _NEITHER ， FILE_ANY_ACCESS)
當驅動接收到應用程序發(fā)送的使能并初始化攝像頭的控制代碼I0CTL_CAM_C0NT， 就執(zhí)行流接口函數CIS_I0C中對應的程序段 Case I0CTL_CAM_C0NT RETAILMSG(1, (TEXT("CAMERA:I0CTL_CAM_C0NT\r\n")))； //DisplayEnable = 1，攝像機使能
s2440 INT ->INTMSK &= BIT_CAM ；// 打開 CAMIF 接口中斷掩碼
s2440INT->INTSUBMSK &= (BIT_SUB_CAM_P | BIT_SUB_CAM_C) ；//打開 DMA_C 和DMA_P通道的中斷掩碼
Camif_Capture (CAPTURE_0N, CAPTURE_0N) ； // 打開全局捕獲功能 SetEvent (CameraEvent)；
#ifndef YL_2440_SUPP0RT//條件編譯捕獲程序
s2440I0P->GPGC0N &= (0x3<<24)； s2440I0P->GPGC0N = (0xl 24)； #endif
frame_count = 0;//幀計數器置零
break;
第三步，捕獲圖像并存儲到緩沖區(qū)，直至結束捕獲；數字信號流通過CAMIF的數據接口 CAMDATA
直接輸入到S3C2440嵌入式處理器2的圖像數據采集單元中，單元內部將捕獲的圖像數據以DMA (Direct Memory Access，直接存儲器訪問)方式傳輸到內存中；
第四步，緩沖區(qū)的CAMDATA數據直接被流接口驅動函數識別，由S3C2440內部的LCD控制器送往外部IXD模塊10顯示預覽；通過CreateWindow這個API函數創(chuàng)建一個用來顯示圖像的窗體，然后建立回調函數CaptureIliread-Proc的線程，在CaptureIliread-Proc中根據不同的操作向WINCE系統(tǒng)發(fā)送不同的消息值，處理圖像的讀取、顯示；
第五步，采集觸摸屏信息，決定存儲或丟棄圖像；當系統(tǒng)需要存儲圖像時，力口載SD卡驅動程序；SD卡的驅動程序處理流程主要在sdhceventhandlers. cpp中的 handleAddDevice 0中，在這里面包括了 SD卡的識別、卡的上電、卡的種類的識別、加載 Client端的驅動等工作；文件系統(tǒng)的讀寫會先到SDMemory層將CardIO轉化為DISKI0， 然后通過BUS層傳遞給Host Controller，其中讀寫主要由CMD17和CMD18，以及CMDM和 CMD25完成；在完成每一次BUS層的處理之后，都要向BUS層發(fā)送一個BUSRequest Handle Complete事件，通知BUS層讀寫操作已經完成；讀寫操作需要用到DMA操作，COPY動作，DMA 需要物理地址，而層傳下來的BUF是虛擬地址。由于圖像信息已經保存在以BUFFER為首地址的系統(tǒng)內存中，只需要對這段內存中的圖像信息進行讀取即可以完成金相組織顯微圖像的保存；
第六步，去初始化，驅動程序被系統(tǒng)卸載，釋放設備所有占用的資源，圖像采集和顯示過程結束。
權利要求
1.一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于包括圖像采集模塊(1)、ARM 嵌入式處理器(2 )、人機交互模塊(3 )和數據存儲模塊(4 )，所述的ARM嵌入式處理器(2 )分別與所述的圖像采集模塊(1)、人機交互模塊(3)和數據存儲模塊(4)相互連接，系統(tǒng)結構由硬件層、操作系統(tǒng)層和應用層組成；所述圖像采集模塊(1)由便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CXD圖像傳感器和A/ D轉換模塊依次連接組成，所述便攜式金相顯微鏡采集材料試樣的光信號，所述A/D轉換模塊的輸出端與ARM嵌入式處理器相連接；所述人機交互模塊(3)由IXD顯示模塊、觸摸屏模塊和ARM嵌入式處理器相互連接而成；所述IXD顯示模塊與ARM嵌入式處理器相連接；所述觸摸屏模塊與ARM嵌入式處理器相連接；所述數據存儲模塊(4)包括SDRAM、Nand Flash和SD卡；所述SDRAM、Nand Flash和 SD卡分別與ARM嵌入式處理器相連接。
2.根據權利要求1所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述 ARM嵌入式處理器還連接有無線傳輸模塊(15)。
3.根據權利要求2所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述A/D轉換模塊與ARM嵌入式處理器的接口包括三部分SCCB接口、控制接口和數據輸出接□。
4.根據權利要求3所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述 SCCB接口與ARM嵌入式處理器有兩根連線數據線SCL和時鐘線SDA，圖像采集模塊作為從設備，ARM嵌入式處理器作為主設備，主設備對從設備進行讀寫操作；所述控制接口與ARM 嵌入式處理器有三根連線像素時鐘信號CAM_SCLK、幀同步信號CAM_VSYNC和行同步信號 CAM_HSYNC ；所述數據輸出接口 DATA與CAMIF的數據接口 CAMDATA相連接。
5.根據權利要求4所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述 IXD顯示模塊與S3C2440嵌入式處理器內部的IXD控制器相連接。
6.根據權利要求5所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述觸摸屏模塊為4線電阻式觸摸屏，它與S3C2440嵌入式處理器內部的A/D擴展觸摸屏接口相連接。
7.根據權利要求6所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)在軟件上以Windows CE嵌入式實時操作系統(tǒng)驅動程序框架為基礎，根據各單元接口和硬件設計而成，系統(tǒng)核心架構包括三層硬件層、操作系統(tǒng)層和應用層，LCD顯示模塊、觸摸屏模塊采用本機設備驅動程序設計；圖像采集模塊采用流接口驅動程序設計。
8.根據權利要求7所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的圖像采集模塊的驅動程序被編譯成動態(tài)鏈接庫camera, dll文件，由設備管理器加載、調用、提供電源和I/O管理，內核為驅動程序提供中斷服務，應用程序通過系統(tǒng)的API調用驅動程序的流接口函數發(fā)送命令，從而實現WINCE操作系統(tǒng)對圖像采集模塊的動態(tài)管理。
9.根據權利要求1所述的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)的顯示方法，其步驟為 第一步，系統(tǒng)開機，系統(tǒng)參數初始化，啟動過程中，在m^oot階段初始化LCD和觸摸屏；為硬件設備寄存器分配虛擬地址空間、初始化圖像采集設備、初始化中斷服務線程；第二步，連接I/O控制，查詢圖像信息后設定傳輸模式，根據獲取的設備信息和圖像信息調用API函數決定是否捕獲；應用程序通過系統(tǒng)激活I/O控制函數CIS_I0C，向驅動程序傳遞包括讀寫和參數設置在內的設備控制命令，控制命令以I/O控制代碼的形式發(fā)送給驅動程序；第三步，捕獲圖像并存儲到緩沖區(qū)，直至結束捕獲；第四步，緩沖區(qū)的CAMDATA數據直接被流接口驅動函數識別，由S3C2440內部的IXD控制器送往外部IXD模塊顯示預覽；在CaptureThread-Proc回調函數的線程中根據不同的操作向WINCE系統(tǒng)發(fā)送不同的消息值，處理圖像的讀取、顯示；第五步，采集觸摸屏信息，決定存儲或丟棄圖像；當系統(tǒng)需要存儲圖像時，加載SD卡驅動程序；包括SD卡的識別，卡的上電，卡的種類的識別，加載Client端的驅動；對BUFFER 為首地址的這段系統(tǒng)內存中的圖像信息進行讀取，完成金相組織顯微圖像的保存；第六步，去初始化，驅動程序被系統(tǒng)卸載，釋放設備所有占用的資源，圖像采集和顯示過程結束。
10.根據權利要求9所述的嵌入式便攜金相組織采集顯示方法，其特征在于第三步中，數字信號流通過CAMIF的數據接口 CAMDATA
直接輸入到S3C2440嵌入式處理器的圖像數據采集單元中，單元內部將捕獲的圖像數據以DMA方式傳輸到內存中。
全文摘要
基于ARM+WINCE的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括圖像采集模塊、ARM嵌入式處理器、人機交互模塊、數據存儲模塊；圖像采集模塊包括便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CCD圖像傳感器和A/D轉換模塊；人機交互模塊包括LCD顯示模塊、觸摸屏模塊；數據存儲模塊包括SDRAM、NandFlash和SD卡。本發(fā)明采用視覺傳感方法，設計基于S3C2440嵌入式硬件處理平臺和WindowsCE操作系統(tǒng)的金相圖像信息采集系統(tǒng)，通過相應的驅動程序實現顯微圖像的采集、顯示和存儲等操作。本發(fā)明能快速有效地獲取清晰的金相組織顯微圖像，性能穩(wěn)定、體積小、便攜、成本低，具有較高的實際應用價值。
文檔編號G01N21/84GK102519960SQ20111039096
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權日2011年11月30日
發(fā)明者吳開源, 李順華, 林介東, 聶銘, 董重里, 趙卓立 申請人:廣東電網公司電力科學研究院