基于ARM的金相显微组织图像采集和显示系统*

董重里，吴开源，赵卓立

（1.广东电网公司电力科学研究院，广东广州 510080；2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640）

基于ARM的金相显微组织图像采集和显示系统*

董重里1，吴开源2，赵卓立2

（1.广东电网公司电力科学研究院，广东广州 510080；2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640）

为实现电网和发电厂大型金属工件的金相显微组织分析，设计基于S3C2440嵌入式硬件平台和Windows CE 6.0操作系统的金相显微组织图像采集和显示系统。详细阐述了该系统的总体设计、硬件框架、软件框架和人机交互界面设计。实验结果表明，该系统获取的金相组织显微图像清晰，并且具有性能稳定、体积小、便携和成本低等优点。

金相显微组织；图像采集和显示；ARM；S3C2440；Windows CE

0 引言

传统金相显微视觉系统由显微镜本体、CCD摄像头、图像采集卡、计算机等四大部件组成，通过CCD摄像头将金相组织转换成图像信号，传送给专用的图像处理单元，转变成数字化信号，最后传输到计算机上，从而实现金相显微组织的采集和显示[1-3]。这样的图像采集系统成本较高，功耗大，而且体积上也有一定的限制，不方便移动。特别是对正在应用中的电网和发电厂大型金属工件进行金属缺陷检查时，为了保证工件的完整性，往往不能采用切割取样的方法，只能直接在工件上抛磨、检视，即对金属进行现场金相检查，现场实现金相组织采集和显示。此时，传统的金相显微视觉系统显然不能满足要求。为了解决上述传统的金相显微视觉系统存在的不足之处，提出了一种基于ARM的金相显微组织图像采集和显示系统。

1 金相图像采集显示系统总体设计

设计的金相图像采集系统，以嵌入式微处理器为核心，以图像传感器为图像获取设备。系统结构框图如图1所示。

2 金相图像采集显示硬件框架

基于ARM的嵌入式便携金相组织采集显示系统，如图2所示，由图像采集模块、ARM嵌入式处理器、人机交互模块和数据存储模块相互连接组成。

所设计的金相显微组织图像采集和显示系统，以ARM9嵌入式微处理器S3C2440为核心[4]，利用ARM9超低功耗特性和强大的数据处理能力，与便携式金相显微镜、图像采集器适配器、CCD图像传感器OV9650和A/D转换模块组成金相组织采集系统。

图1 金相图像采集系统结构框图

图2 金相图像采集硬件系统结构

3 金相图像采集显示软件框架

金相图像采集显示软件以Windows CE 6.0嵌入式实时操作系统驱动程序框架为基础[5]，根据各单元接口和硬件设计而成。系统核心包括三层：硬件层、操作系统层和应用层，如图3所示。LCD显示模块、触摸屏模块采用本机设备驱动程序设计；金相图像采集模块采用流接口驱动程序设计，定制的流接口函数直接调用与硬件设备相关的处理函数，省去了层与层之间的调用和信息传递，提高了金相图像采集处理过程的实时性。

4 金相图像采集显示软件界面设计

在Microsoft Visual Studio 2005开发环境下[6]，对金相图像采集显示软件界面进行开发。在软件主界面中分别应用控件Picture Control、Static Text、Button添加按钮、图像和文本，改变控件的相关属性，构建人性化界面，如图4所示。最后，通过双击按钮插件产生系统响应函数，并使编写的驱动程序嵌入到响应函数中，以实现按钮的响应。

图3 Windows CE 6.0系统下金相图像采集显示软件框架

图4 金相图像采集显示软件界面开发

在Windows CE 6.0嵌入式系统下，金相图像采集显示软件界面V1.0的主界面如图5所示。金相图像采集显示软件界面V1.0的金相图像预览界面如图6所示。金相图像采集显示软件界面V1.0保存的金相组织图像如图7所示。

图5 Windows CE 6.0系统下金相图像采集显示软件界面

图6 Windows CE 6.0系统下金相图像采集显示

图7 金相图像采集显示软件保存的金相图像

5 结论

该系统以32位ARM嵌入式微处理器为核心，将Windows CE 6.0嵌入式实时操作系统移植到金相组织显微图像的采集和显示系统中，结合传感器技术、图像处理技术、计算机通信技术，通过对程序各个任务的合理分配，使系统能快速有效地获取清晰的金相组织显微图像，性能稳定、体积小、便携、成本低，具有较高的实际应用价值。

（1）结构紧凑，取代金相显微镜、CCD摄像机、图像采集卡和计算机的传统金相组织采集方案。甚至根本就不需要PC机的介入，在保证采集实时性的前提下，能有效降低成本，具有体积小、安装携带方便、配置灵活等优点，进行现场金相检查，现场实现金相组织采集、显示并进行研究分析场合具有突出的优势，具有广阔的市场应用前景。

（2）系统以Windows CE 6.0作为嵌入式实时操作系统，开发周期短，内核完善，主要是应用层开发，系统功能强大，利用Windows CE 6.0丰富的GUI（图形用户接口），能够定制非常人性化的人机交互界面，而且系统维护相对容易。

［1］何明，赵文英.金属学原理实验［M］.北京：机械工业出版社，1992.

［2］衣雪梅.金相显微组织的计算机分析与识别系统研究［D］.西安：西北农林科技大学，2006.

［3］曹光明.金相组织的计算机分析系统［J］.金属热处理，2004，29（10）：54-56.

［4］黄智伟.ARM9嵌入式系统设计基础教程：第2版［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2013.

［5］张冬松.Windows CE 6.0嵌入式高级编程［M］.北京：清华大学出版社，2009.

［6］史奇博.WORKING WITH MICROSOFT VISUAL STU⁃DIO 2005使用教程［M］.北京：世界图书出版公司，2008.

Image Acquisition and Display System for Metallographic Microscopic Structure Based on ARM9

DONG Zhong-li1，WU Kai-yuan2，ZHAO Zhuo-li2
（1.Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corporation，Guangzhou510080，China；2.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou510640，China）

In order to meet the requirements of metallographic microscopic structure analysis for the large metal workpieces of power grid and power plant，the image acquisition and display system for metallographic microscopic structure was designed based on S3C2440 embedded hardware platform and Windows CE 6.0 operating system.The design idea of the system architecture，hardware frame，software frame and man-machine interface is introduced in detail.The experiment result shows that the image acquisition and display of metallographic microscopic structure is clear，and the system has the advantages of stable performance，small volume，portable and low cost，etc.

metallographic microscopic structure；image acquisition and display；ARM；S3C2440；Windows CE

TP391.41

A

1009－9492(2014)01－0060－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.01.015

董重里，男，1972年生，山东蓬莱人，硕士，高级工程师。研究领域：无损检测、金属材料表面工程、焊接技术和定量金相。

(编辑：向 飞)

*中国南方电网公司科技项目（编号：K-GD2011-401）

2013－11－08