基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统设计

杜 娟

（安阳职业技术学院，安阳 455000）

0 引言

在视觉传达设计领域中，图像中物体的规律能侧面反映出图像的本质特征，利用统计学提取技术可提取出该图像的本质特征，以达到视觉传达的目的，当系统在传输比较复杂的多维图像时，需要引入CAD辅助技术，利用该技术可简化和绘制多维图像，以表现出图像的结构信息[1]。

CAD辅助技术下视觉传达具有立体化、动态化的特效，改变了图像传统的平面化、静态化特点，并将图像产品转化到了虚拟信息形象，扩展了传统视觉传达设计的外延，使视觉传达发生了质的飞跃。

传统的视觉传达数字系统无法实现图像的动态化和多维化，且传达的效果较差，只能设计单个元素，很难实现多元素的设计，在进行自动化视觉传达时，缺乏视觉秩序关系，导致系统传达视觉信息的效率较低，精准性较差[2]。

为了解决传统视觉传达数字系统出现的问题，本文设计了基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统，采用CAD辅助技术，凸显图像的结构信息，使视觉传达具有较好的立体化和动态化特效，设计硬软件环境，通过系统的硬件，完成对图像的采集、处理、传输、存储和控制，搭建软件开发环境，提升视觉传达自动化数字系统的性能，最后通过对比实验，验证本文设计的基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统的有效性，确定系统的可行性。

1 基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统硬件设计

本文设计的基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统硬件由图像采集处理模块、图像传输模块、图像存储模块和图像控制模块四部分组成，系统的硬件结构如图1所示。

图1 基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统硬件结构

1.1 图像采集处理模块

系统的图像采集处理模块包括摄像头、微处理器、传感器，摄像头的像素较高，可将图像拍摄的非常清晰，里面配置的放大器和A/D转换电路可以实现数字量的输出[3]。图像采集处理模块示意图如图2所示。

图2 图像采集处理模块示意图

观察图2 可知，传感器采用三星公司生产的OV7670，该传感器可支持连续扫描方式，图像格式为QVGA，像素最高为800×600，完全符合本文系统采集图像的要求，传感器的编程模式为CCB，可进行隔行扫描，采集出来的图像像素约40万，通过图像采集模块中的摄像头和传感器，完成图像的采集。微处理器是图像采集处理模块中的核心部件，微处理器选用三星公司生产的S3C2440A，该款微处理器功耗较低，属于工业级，具有较好的集成能力，工作频率为450MHz，在处理图像时，最高可达到550MHz，处理图像的速度较快，具有32K的指令Cache，在微处理器的外部，设有26路外部中断源，以及12个通用的I/O端口，通过引入MMU，实现对图像的高效处理。通过图像采集处理模块，完成图像的采集与处理操作。

图像采集器电路图如图3所示。

图3 图像采集器电路图

1.2 图像传输模块

在本文系统的图像传输模块中，选择红外传感器作为图像传输的设备，该款红外传感器的优点在于可以保持图像的动态化和多维化，自动辐射红外线，通过快速辐射红外线，提升图像信息的传达效果，基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统，目的在于提升图像的传达效果和效率，采用红外线传感器作为传输设备，能够降低系统的传达耗时。图像传输模块示意图如图4所示。

图4 图像传输模块示意图

采用红外线传感器传输图像信息时，首先由图像采集处理模块对图像进行采集和处理，传感器接收到系统下发的指令后，打开探头，向采集、处理完的图像信息释放红外辐射，当红外辐射射程达到额定射程时，红外传感器触发摄像头，使摄像头采集成像，以此完成对图像信息的传输。传输器电路图如图5所示。

图5 传输器电路图

1.3 图像存储模块

本文系统的图像存储模块以FIFO存储器为主要的存储设备，该存储器是一个先入先出的双口缓冲器，FIFO存储器的芯片集成能力较强，功能复杂，具有丰富的数据资源，体积较小，存储方便。其内存空间为6Mbit，可支持FPGA，在FIFO存储器的内部设有指针控制电路，可为I/O端口和USB接口提供总线读取存储器，读取端口的工作频率最高可达100MHz。在指针控制电路中，可传输两路指针信号并随着两路串行图像数据连接到USB接口上，图像数据在FIFO存储器中集成，在FPGA上缓存，通过FPGA编码控制图像数据的读/写操作，读出缓存在FPGA上的图像数据，通过I/O转换接口转换传输过来的指针信号，并将图像数据存储在FIFO存储器内。通过图像存储模块，完成图像数据的存储，图像存储模块图如图6所示。

图6 图像存储模块

1.4 图像控制模块

图像存储模块完成图像的存储后，由图像控制模块对存储完成的图像进行控制，图像控制模块的核心器件为VGA图像控制器，该款图像控制器的视频高速数模转换芯片具有较强的控制能力和转换能力，VGA图像控制器上具有丰富的数据接口，由这些接口输入图像数据，输入完成后再将图像数据写入到转换芯片当中，VGA图像控制器就可将转换芯片内的图像数据转换成图像[4]。图像控制模块接口如图7所示。

图7 图像控制模块接口

除了转换芯片外，图像控制模块内还含有刷新模块、生成模块，刷新模块主要可将一页页的图像数据自动进行更新和刷新，提升图像的传达效果，生成模块主要通过刷新、更新完的图像数据生成传达信号，以协助VGA图像控制器控制图像的传达和传输。

2 基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统软件设计

CAD是计算机辅助设计的英文缩写，可利用计算机及图形设备对图像进行设计，通过计算机较强的图文处理能力，辅助工程技术人员设计产品或者工程绘图。在本文设计的基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统中，采用了CAD辅助技术，可以提升视觉传达的自动化程度，缩短传达周期，提升传达效率[5,6]。

本文设计的基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统的软件流程如图8所示。

图8 基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统软件流程

第一步：对图像数据信息库进行管理。图像数据信息库中包含图像数据采集、图像数据信息传达、图像数据信息接收，图像数据采集可通过硬件中的图像采集处理模块来实现，在进行图像数据采集时，需要将图像数据种类进行分类，以提升采集的效率，缩短采集周期。图像信息传达通过图像传输设备将图像信息传输到数字系统中，图像数据信息接收主要负责将采集、传输完的图像信息缓存下来，以便采用CAD辅助技术对图像信息进行平面和三维设计。

第二步：显示三维立体图像。对图像数据信息库实现管理后，对处理完的图像信息采用CAD辅助技术进行平面和三维设计，在进行平面设计时，将全景照相机中的图像进行简单拼接，再将实拍图像进行多幅拼接，拼接完成后再与CAD设计完的平面图像进行融合，形成平面全景图并将其输出。平面图形成后再采用CAD辅助技术将其进行三维设计，使其形成三维、动态化的图像，需要将图像数据中的每个点映射到三维空间内，然后采用双目视差立体显示与真三维立体显示技术对原始的三维立体图像进行处理，在采用双目视差立体显示技术时，人的双眼看见同一图像时，两只眼睛前面呈现的是不一样的图像，因此分别显示两只眼睛看到的图像，在某一时刻下先将对应的左眼视图传输到第一台摄像头上，对应的右眼视图传输到第二台摄像头上，然后采用真三维立体显示技术将两张图像做深度分析和处理，与处理过的图像进行结合，最终将三维立体图像显示出来。

第三步：优化三维立体图像。由于视觉传达自动化数字系统对视觉传达效率要求较高，因此采用图像增强技术对三维立体图像进行优化，使显示的三维立体图像的质量更好，从而提升视觉传达的效果。按照优化空间的不同，图像增强技术含有两种图像优化方法，分别是基于空域和基于频域方法，频域法是对三维立体图像上的每个虚拟像素点进行优化，优化内容包括图像平滑和直方图修正，空域法指的是通过灰度变换方法将三维立体图像转换到另一个空间域内，然后通过傅里叶变换方法对存放在另一空间域内的三维立体图像进行优化，为了提升三维立体图像的质量和视觉传达的效果，采用空预法与频域法相结合的方式对三维立体图像进行深度优化。

3 实验研究

为了验证本文设计的基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统的有效性，通过与传统系统进行对比实验验证本文系统的有效性。传统系统没有采用CAD辅助技术无法实现图像的多维化和动态化，视觉传达效果较差，为了对比本文系统与传统系统的视觉传达效果，进行了对比实验，为了使实验结果具有突出性和代表性，采用了数值对比的方式进行对比，实际视觉传达结果和两种系统的视觉传达结果如图9所示。

图9 系统传达结果图

由图9可知，本文系统的视觉传达效果与实际传达效果基本相同，只出现两处传达不一致的情况，传达准确率较高，失误率较小，而传统数字系统的视觉传达效果与实际传达效果相差较大，出现了5处错报情况，2处漏报情况，视觉传达效果较差，传达准确率较低，误判率较大。

除此之外，传统视觉传达自动化数字系统只能设计单个元素，很难对多元素进行设计，并且在进行自动化视觉传达时，缺乏视觉秩序关系，这些导致了传统系统传达视觉信息的效率较低。而本文设计的基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统，采用CAD辅助技术对图像进行深度设计，形成三维立体图像，采用双目视差立体显示技术对三维立体图像进行处理，通过真三维立体显示技术对图像进行深度分析，使用图像增强技术对显示的三维立体图像进行优化，并运用傅里叶变换方法和灰度变换方法提升三维立体图像的质量以及视觉传达的效果，进而提升了系统传达视觉信息的效率，为了对比传统系统与本文系统传达视觉信息的效率，通过对比实验进行验证。

实验结果如表1所示。

表1 系统性能实验结果

由表1可知，本文设计的基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统，传达视觉信息的效率远远高于传统视觉传达自动化数字系统，视觉信息传达的效率提升15.4%，视觉信息传达的准确率提升了12.1%。本文提出的自动化数字系统能够在短时间内迅速实现识别，筛选出来有效的数据，并将筛选出来的数据传输到数据库中，在数据库中进行对比，最后由显示器显示传输结果。

综上所述，本文设计的基于CAD辅助技术的视觉传达自动化数字系统的优于传统系统，视觉传达效果更好，准确率更高，没有出现漏报情况，并且传达视觉信息的效率远远高于传统系统，系统性能更好，具有一定的应用价值。

4 结语

本文基于CAD辅助技术设计了一种新的视觉传达自动化数字系统，通过CAD辅助技术设定信息，实现图像分析，更好地处理图像特征点，完成自动化处理。本文提出的系统相比较于传统系统，处理效率更高，传达结果与实际结果吻合度更高，更适合于实际应用中。