基于ARM 和QT 聯(lián)合OpenCV 的快速圖像處理應用

楊 睿，黃鵬飛

（西京學院機械工程學院，陜西西安）

引言

隨著科技的發(fā)展和嵌入式設(shè)備的廣泛應用，圖像處理在嵌入式系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。在這些嵌入式系統(tǒng)中，高速、高效的圖像處理能力對于實時應用和用戶體驗至關(guān)重要。ARM 架構(gòu)作為一種低功耗、高性能且可定制的處理器架構(gòu)，以其在嵌入式領(lǐng)域的廣泛應用而聞名。OpenCV 作為一個強大的開源計算機視覺庫，提供了豐富的圖像處理函數(shù)和算法，廣泛用于計算機視覺和機器學習領(lǐng)域。通過結(jié)合ARM和OpenCV，我們可以實現(xiàn)快速且高效的圖像處理應用。ARM的并行計算能力和OpenCV 庫的優(yōu)化功能相互補充，為嵌入式設(shè)備提供了強大的圖像處理能力。此外，QT 作為一個流行的圖形用戶界面開發(fā)框架，為我們提供了方便而強大的界面設(shè)計工具，使得用戶能夠直觀地操作和觀察圖像處理效果。本文將重點探討基于ARM 和QT 聯(lián)合OpenCV 的快速圖像處理。我們將研究如何利用ARM處理器的優(yōu)勢，結(jié)合OpenCV 提供的圖像處理算法和函數(shù)，實現(xiàn)快速而準確的圖像分析、特征提取和圖像增強等功能。我們還將介紹如何利用QT 開發(fā)界面，實現(xiàn)用戶友好的圖像處理應用程序，使用戶能夠方便地調(diào)整參數(shù)、實時顯示處理結(jié)果，并將這些功能應用于實際的圖像處理應用中。通過本文的研究和實踐，我們期望能夠進一步提高嵌入式系統(tǒng)中圖像處理的效率和性能，為用戶提供更好的圖像處理體驗。同時，探索出更多基于ARM和OpenCV 的創(chuàng)新應用，拓寬圖像處理在嵌入式系統(tǒng)中的應用領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)的主要硬件為搭載Linux 系統(tǒng)的ARM 開發(fā)板和高清觸摸屏，上位機開發(fā)使用QtCreate,使用OpenCV作為圖像處理庫。開發(fā)平臺為ubuntu18.04,由于硬件是ARM架構(gòu)，默認為X86 的編譯器，因此在實際開發(fā)過程需要交叉編譯，首先需要安裝交叉編譯工具鏈以便后續(xù)的開發(fā)工作[1]，本項目采用的版本為:gcclinaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf。

系統(tǒng)搭建架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

屏幕系統(tǒng)：為確保高清觸摸屏的正常使用，需要交叉編譯Tslib（Tslib 是一個用于嵌入式Linux 系統(tǒng)上的觸摸屏輸入設(shè)備驅(qū)動庫。它提供了一系列的API 函數(shù)，用于處理觸摸屏輸入事件，包括觸摸點的坐標、壓力等信息），Tslib 的主要代碼和系統(tǒng)框架如表1 和圖2 所示。

表1 Tslib 主要代碼

圖2 Tslib 框架

Tslib 框架圖解（圖2 左）：上面的模塊遞歸調(diào)用下面的模塊獲得數(shù)據(jù)，并處理數(shù)據(jù)，ts_read 使用模塊中的read 函數(shù)；ts_read_mt 使用模塊中的read_mt 函數(shù)。

1.優(yōu)先打開環(huán)境變量TSLIB_TSDEVICE 指定的設(shè)備。

2.如果沒有這個環(huán)境變量，嘗試打開：

3.如果失敗掃描"/dev/input"下的設(shè)備節(jié)點。

4.成功后得到一個tsdev 的結(jié)構(gòu)體。

Tslib 框架圖解（圖2 右）：

1.優(yōu)先打開環(huán)境變量TSLIB_TSDEVICE 指定的配置文件。

2.如果沒有這個環(huán)境變量，嘗試打開：/etc/ts.conf。

3.根據(jù)配置文件讀入各類"module"

4./etc/ts.config 示例：

5.成功后，tsdev 結(jié)構(gòu)體list 鏈表執(zhí)行各個module。

根據(jù)以上代碼和框架對Tslib 進行交叉編譯和觸摸屏測試，掛載NFS（Network File System 是一種在網(wǎng)絡上共享文件系統(tǒng)的協(xié)議。它允許一臺計算機通過網(wǎng)絡訪問其他計算機上的文件，就像訪問本地文件一樣)，把交叉編譯生成的lib,bin,etc 文件通過網(wǎng)絡文件系統(tǒng)分別拷貝到ARM開發(fā)板的lib/，bin/,etc/目錄下，然后在單板上執(zhí)行測試程序ts_test_mt。

2 項目準備

2.1 搭建OpenCV 3.4.1 的編譯環(huán)境

進入新建立的build 目錄（cd build）里執(zhí)行指令cmake-gui，開始配置OpenCV 的環(huán)境。進入圖形化工具cmake-gui[2]：

1.指定源碼的所在路徑和構(gòu)建目錄，修改成個人的路徑；

2.指定交叉編譯器的路徑；

3.指定安裝路徑；

如圖3 所示。

圖3 圖形化工具cmake-gui

完成配置后make 編譯源碼，make install 安裝在所創(chuàng)建的install 目錄，至此完成OpenCV 的編譯。將當前目錄下的lib 文件夾下的內(nèi)容拷貝到文件系統(tǒng)/usr/lib 下即可。

2.2 QT 上位機界面定制

界面以QT 提供的mainwindow 為框架，C++語言進行編輯以及進行OpenCV庫函數(shù)的調(diào)用[3]，主要實現(xiàn)圖像處理功能按鈕名稱，以各功能函數(shù)名如表2 所示。

表2 按鈕名稱以及函數(shù)名

完成的mainwindow界面如圖4 所示。

圖4 完成的mainwindow 界面

2.3 在Qt 項目中加入OpenCV

打開Qt 項目的pro 文件，在里面添加如下內(nèi)容。

修改.pro 文件如圖5 所示。

圖5 修改.pro 文件

3 項目實現(xiàn)

拷貝install/lib 文件夾下的OpenCV相關(guān)庫拷貝到開發(fā)板的/lib 目錄下[4]。在串口終端里直接執(zhí)行QOpenCV Qt 應用程序（./QOpenCV）。可觀察到顯示屏上已經(jīng)出現(xiàn)QT 程序的示例。以跑車圖片為例，點擊邊緣檢測，可以看到案例圖片已經(jīng)被線條勾勒了。此外還有灰度化、閾值化、腐蝕、模糊、銳化等。如圖6 所示，圖片處理速度迅速，功能使用方便，可定制性強。

圖6 圖片處理結(jié)果

結(jié)束語

此例程通過將OpenCV 和QT 移植到ARM架構(gòu)的開發(fā)板，在設(shè)備上進行無依賴遠程服務器或云端計算的情況下進行實時的圖像處理任務。這在許多場景下都具有重要意義。ARM架構(gòu)的高性能和低功耗特性使得在開發(fā)板上運行OpenCV 的圖像處理算法更加高效和節(jié)能。這意味著可以更加容易實現(xiàn)圖像分析、物體檢測、特征提取和圖像識別等應用，并且利用其可移植性和方便定制的特性，可以為用戶帶來更好的體驗和功能。然而，移植OpenCV 到ARM開發(fā)板也會帶來諸多問題，包括適配和編譯的復雜性、資源限制和性能優(yōu)化等。在進行移植過程中，需要仔細配置編譯環(huán)境、處理依賴項和測試功能，以確保OpenCV 在ARM架構(gòu)上正常運行[5]。隨著ARM架構(gòu)和OpenCV 的不斷發(fā)展嵌入式系統(tǒng)和計算機視覺技術(shù)的不斷進步，智能化的應用和設(shè)備將會不斷為用戶帶來更多便捷的體驗。