通过dsp纸币芯片完成图像采集和分析.doc
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通过dsp纸币芯片完成图像采集和分析,摘要纸币清分系统中纸币图像采集、分析和处理是核心技术。本论文主要围绕纸币图像采集、分析和处理涉及的软硬件设计与开发问题展开了深入的研究与讨论，提出了一套实验研究平台和设计方案，为最终产品开发提供了参考。在现有实验平台上，系统基本达到了实验的实时性、准确性和稳定性要求，但在某些纸币特殊特征的识别上，还处于理论研究阶段，需...
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摘 要
纸币清分系统中纸币图像采集、分析和处理是核心技术。本论文主要围绕纸币图像采集、分析和处理涉及的软硬件设计与开发问题展开了深入的研究与讨论，提出了一套实验研究平台和设计方案，为最终产品开发提供了参考。在现有实验平台上，系统基本达到了实验的实时性、准确性和稳定性要求，但在某些纸币特殊特征的识别上，还处于理论研究阶段，需要进一步研究。
本文首先提出了系统DSP平台和单片机平台硬件设计方案，完成图像传感器SV253A4、传感器处理器XRD98L23、开发板TMS320C6416DSK、开发板子板、机械分拣装置控制、键盘输入读取、LED显示、信息提示、RS232串行通信、SPI通信和UART通信电路讨论和设计。
然后完成了系统硬件编程设置，包括传感器处理器控制字设置，TMS320C6416的EMIF、EDMA、MCBSP、TIMER、INTERRUPT和GPIO模块设置，C8051F206的INTERRUPT、I/O、SPI、UART和TIMER模块设置。
最后提出了纸币图像特征分析和识别算法，完成纸币版本面值、摆放方向、号码和其他特殊特征的分析和识别。实验测试算法包括纸币票面图像采集起始结束确定、倾斜角度确定、旋转校正、长度宽度确定、基于特征图案位置识别、基于灰度分布规律识别、基于与模板相似度识别、逐层分类识别、临近直线临近交点去噪。理论分析算法包括图像边缘识别和内部特定区域识别。
关键字：纸币清分，图像处理，数字信号处理，TMS320C6416，单片机
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 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪 论 1
1.1 纸币清分机概述 1
1.1.1 历史背景 1
1.1.2 发展现状和趋势 1
1.2 数字信号处理概述 2
1.2.1 DSPs芯片发展 2
1.2.2 DSPs芯片特点 2
1.3 课题概述 3
1.3.1 课题来源 3
1.3.2 课题系统框架 4
1.3.3 课题完成内容 5
1.3.4 课题实验环境 5
1.3.5 课题技术分析 6
1.3.6 课题器件分析 7
1.4 本文内容 8
第二章 DSP平台设计 9
2.1 信号流程 9
2.2 工作方式 10
2.3 接口设计 11
2.3.1 接口引脚定义 11
2.3.2 接口引脚连接 12
2.4 工作流程 13
2.5 DSP编程基础 14
2.5.1 CCS集成开发环境 14
2.5.2 DSPs程序仿真模式 14
2.5.3 DSPs C程序基本结构 15
2.5.4芯片支持库CSL 15
2.6 TMS320C6416编程资源 16
2.6.1 外部存储器接口EMIF 16
2.6.1.1 概述 16
2.6.1.2 控制寄存器 16
2.6.2 增强直接存储器访问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 传输参数和参数RAM 18
2.6.2.4 EDMA启动 18
2.6.2.5 多组EDMA参数连接 19
2.6.2.6 EDMA中断 19
2.6.3 多通道缓冲串口MCBSP 20
2.6.3.1 概述 20
2.6.3.2 控制寄存器 20
2.6.3.3 SPI协议接口 21
2.6.4 定时器TIMER 22
2.6.4.1 概述 22
2.6.4.2 控制寄存器 23
2.6.4.3 定时器工作模式 23
2.6.5 中断 23
2.6.5.1 概述 23
2.6.5.2 中断类型 24
2.6.5.3 中断控制寄存器 24
2.6.6 通用输入输出GPIO 25
2.6.6.1 概述 25
2.6.6.2 控制寄存器 25
2.6.6.3 通用输入输出功能 25
2.7 DSP代码编程 26
2.6.1连接命令文件设计 26
2.6.2中断服务表文件设计 26
2.6.3主程序文件设计 27
第三章 单片机平台设计 30
3.1 信号流程 30
3.2 工作方式 31
3.3 接口设计 32
3.3.1 接口引脚定义 32
3.3.2 接口引脚连接 32
3.4 工作流程 33
3.5 单片机编程基础 33
3.6 单片机编程资源 34
3.6.1 中断 34
3.6.1.1 概述 34
3.6.1.2 寄存器 34
3.6.2 输入输出端口 35
3.6.2.1 概述 35
3.6.2.2 寄存器 35
3.6.3 串行外设接口总线 35
3.6.3.1 概述 35
3.6.3.2 寄存器 35
3.6.3.3 信号说明 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可变波特率方式 37
3.6.5 定时器 37
3.6.5.1 概述 37
3.6.5.2 寄存器 38
3.7 单片机代码编程 38
3.7.1 系统初始化设置 38
3.7.2 主程序设计 39
第四章 纸币图像特征识别编程 40
4.1纸币版本面值特征识别 40
4.1.1 纸币图像长度和宽度阈值确定 40
4.1.2 有效图像确定 40
4.1.3 纸币图像倾斜角度确定 41
4.1.4 纸币图像旋转校正 42
4.1.5 纸币图像长度和宽度确定 44
4.1.6 相关算法说明 44
4.2纸币摆放方向特征识别 45
4.2.1 基于特征图案位置识别 46
4.2.2 基于灰度分布规律识别 46
4.2.3 基于与模板相似度识别 46
4.2.4 相关算法说明 47
4.3号码特征特征识别 47
4.3.1 号码字符串区域确定 47
4.3.2 单号码字符区域确定 47
4.3.3 号码字符识别 48
4.4 其他特征识别 49
第五章 实验测试 51
5.1 实验数据 51
5.2纸币传输速度分析 53
5.2.1 数据表现 53
5.2.2 数据分析 53
5.2.3 分析结论 53
5.3版本面值特征识别率分析 54
5.3.1 数据表现 54
5.3.2 数据分析 54
5.3.3 分析结论 54
5.4摆放方向特征识别率分析 55
5.4.1 数据表现 55
5.4.2 数据分析 55
5.4.3 分析结论 56
5.5面值号码特征识别率分析 57
5.5.1 数据表现 57
5.5.2 数据分析 57
5.5.3 分析结论 57
5.6 实验总结 58
第六章 结 论 59
参考文献 60
附 录
附录1 连接命令文件代码qfjcsl.cmd
附录2 中断服务表代码qfjcsl.asm
附录3 电路原理图
参考文献
[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混合信号ISP FLASH微控制器数据手册.
[4] TEXAS INSTRUMENTS, TMS320C6000 DSP External Memory Interface（EMIF） Reference Guide.
[5] TEXAS INSTRUMENTS, TMS320C6000 DSP Enhanced Direct Memory Access（EDMA） Controller Reference Guide.
纸币清分系统中纸币图像采集、分析和处理是核心技术。本论文主要围绕纸币图像采集、分析和处理涉及的软硬件设计与开发问题展开了深入的研究与讨论，提出了一套实验研究平台和设计方案，为最终产品开发提供了参考。在现有实验平台上，系统基本达到了实验的实时性、准确性和稳定性要求，但在某些纸币特殊特征的识别上，还处于理论研究阶段，需要进一步研究。
本文首先提出了系统DSP平台和单片机平台硬件设计方案，完成图像传感器SV253A4、传感器处理器XRD98L23、开发板TMS320C6416DSK、开发板子板、机械分拣装置控制、键盘输入读取、LED显示、信息提示、RS232串行通信、SPI通信和UART通信电路讨论和设计。
然后完成了系统硬件编程设置，包括传感器处理器控制字设置，TMS320C6416的EMIF、EDMA、MCBSP、TIMER、INTERRUPT和GPIO模块设置，C8051F206的INTERRUPT、I/O、SPI、UART和TIMER模块设置。
最后提出了纸币图像特征分析和识别算法，完成纸币版本面值、摆放方向、号码和其他特殊特征的分析和识别。实验测试算法包括纸币票面图像采集起始结束确定、倾斜角度确定、旋转校正、长度宽度确定、基于特征图案位置识别、基于灰度分布规律识别、基于与模板相似度识别、逐层分类识别、临近直线临近交点去噪。理论分析算法包括图像边缘识别和内部特定区域识别。
关键字：纸币清分，图像处理，数字信号处理，TMS320C6416，单片机
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 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪 论 1
1.1 纸币清分机概述 1
1.1.1 历史背景 1
1.1.2 发展现状和趋势 1
1.2 数字信号处理概述 2
1.2.1 DSPs芯片发展 2
1.2.2 DSPs芯片特点 2
1.3 课题概述 3
1.3.1 课题来源 3
1.3.2 课题系统框架 4
1.3.3 课题完成内容 5
1.3.4 课题实验环境 5
1.3.5 课题技术分析 6
1.3.6 课题器件分析 7
1.4 本文内容 8
第二章 DSP平台设计 9
2.1 信号流程 9
2.2 工作方式 10
2.3 接口设计 11
2.3.1 接口引脚定义 11
2.3.2 接口引脚连接 12
2.4 工作流程 13
2.5 DSP编程基础 14
2.5.1 CCS集成开发环境 14
2.5.2 DSPs程序仿真模式 14
2.5.3 DSPs C程序基本结构 15
2.5.4芯片支持库CSL 15
2.6 TMS320C6416编程资源 16
2.6.1 外部存储器接口EMIF 16
2.6.1.1 概述 16
2.6.1.2 控制寄存器 16
2.6.2 增强直接存储器访问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 传输参数和参数RAM 18
2.6.2.4 EDMA启动 18
2.6.2.5 多组EDMA参数连接 19
2.6.2.6 EDMA中断 19
2.6.3 多通道缓冲串口MCBSP 20
2.6.3.1 概述 20
2.6.3.2 控制寄存器 20
2.6.3.3 SPI协议接口 21
2.6.4 定时器TIMER 22
2.6.4.1 概述 22
2.6.4.2 控制寄存器 23
2.6.4.3 定时器工作模式 23
2.6.5 中断 23
2.6.5.1 概述 23
2.6.5.2 中断类型 24
2.6.5.3 中断控制寄存器 24
2.6.6 通用输入输出GPIO 25
2.6.6.1 概述 25
2.6.6.2 控制寄存器 25
2.6.6.3 通用输入输出功能 25
2.7 DSP代码编程 26
2.6.1连接命令文件设计 26
2.6.2中断服务表文件设计 26
2.6.3主程序文件设计 27
第三章 单片机平台设计 30
3.1 信号流程 30
3.2 工作方式 31
3.3 接口设计 32
3.3.1 接口引脚定义 32
3.3.2 接口引脚连接 32
3.4 工作流程 33
3.5 单片机编程基础 33
3.6 单片机编程资源 34
3.6.1 中断 34
3.6.1.1 概述 34
3.6.1.2 寄存器 34
3.6.2 输入输出端口 35
3.6.2.1 概述 35
3.6.2.2 寄存器 35
3.6.3 串行外设接口总线 35
3.6.3.1 概述 35
3.6.3.2 寄存器 35
3.6.3.3 信号说明 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可变波特率方式 37
3.6.5 定时器 37
3.6.5.1 概述 37
3.6.5.2 寄存器 38
3.7 单片机代码编程 38
3.7.1 系统初始化设置 38
3.7.2 主程序设计 39
第四章 纸币图像特征识别编程 40
4.1纸币版本面值特征识别 40
4.1.1 纸币图像长度和宽度阈值确定 40
4.1.2 有效图像确定 40
4.1.3 纸币图像倾斜角度确定 41
4.1.4 纸币图像旋转校正 42
4.1.5 纸币图像长度和宽度确定 44
4.1.6 相关算法说明 44
4.2纸币摆放方向特征识别 45
4.2.1 基于特征图案位置识别 46
4.2.2 基于灰度分布规律识别 46
4.2.3 基于与模板相似度识别 46
4.2.4 相关算法说明 47
4.3号码特征特征识别 47
4.3.1 号码字符串区域确定 47
4.3.2 单号码字符区域确定 47
4.3.3 号码字符识别 48
4.4 其他特征识别 49
第五章 实验测试 51
5.1 实验数据 51
5.2纸币传输速度分析 53
5.2.1 数据表现 53
5.2.2 数据分析 53
5.2.3 分析结论 53
5.3版本面值特征识别率分析 54
5.3.1 数据表现 54
5.3.2 数据分析 54
5.3.3 分析结论 54
5.4摆放方向特征识别率分析 55
5.4.1 数据表现 55
5.4.2 数据分析 55
5.4.3 分析结论 56
5.5面值号码特征识别率分析 57
5.5.1 数据表现 57
5.5.2 数据分析 57
5.5.3 分析结论 57
5.6 实验总结 58
第六章 结 论 59
参考文献 60
附 录
附录1 连接命令文件代码qfjcsl.cmd
附录2 中断服务表代码qfjcsl.asm
附录3 电路原理图
参考文献
[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混合信号ISP FLASH微控制器数据手册.
[4] TEXAS INSTRUMENTS, TMS320C6000 DSP External Memory Interface（EMIF） Reference Guide.
[5] TEXAS INSTRUMENTS, TMS320C6000 DSP Enhanced Direct Memory Access（EDMA） Controller Reference Guide.
