線陣壓縮攝像的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種線陣壓縮攝像機，用以解決傳統(tǒng)壓縮攝像機曝光時間短、數(shù)據(jù)量巨大、需要進行復(fù)雜的圖像預(yù)處理方可成像的問題，包括：線陣圖像傳感器、圖像采集核心卡、圖像處理核心卡、圖像硬件壓縮核心卡、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器及外部接口板，所述線陣圖像傳感器、圖像采集核心卡、圖像處理核心卡、圖像硬件壓縮核心卡及以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器依次相連接，所述外部接口板分別與所述圖像采集核心卡及所述圖像處理核心卡相連接；所述圖像處理核心卡包括動態(tài)隨機存儲器DRAM、FLASH存儲器、DSP處理器；DSP處理器的數(shù)據(jù)總線和地址總線與動態(tài)存儲器和FLASH存儲器相連，DSP處理器通過指定的地址訪問動態(tài)存儲器內(nèi)所存儲的動態(tài)數(shù)據(jù)和FLASH存儲器內(nèi)存儲的靜態(tài)數(shù)據(jù)。
【專利說明】線陣壓縮攝像機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種線陣壓縮攝像機，屬于線陣攝像機領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]線陣攝像機是具有一條感光像素的特種攝像機，每次曝光只拍攝一條影像，由于這種特殊的成像特點，線陣攝像機所拍攝的圖像不存在多余重疊圖像，易于拼接，被廣泛應(yīng)用在鐵路，印刷，工業(yè)檢測，運動成像，流水線檢測等多個領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)的線陣相機的特點是曝光時間短，數(shù)據(jù)量巨大，需要進行復(fù)雜的圖像預(yù)處理方可成像；
[0003]而且鑒于傳統(tǒng)線陣攝像機的特點，目前的線性攝像機只是生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)姆椒▽D像數(shù)據(jù)送到PC機，典型的做法是CameraLink、GigE, USB等數(shù)據(jù)傳送方式，數(shù)據(jù)傳送慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種線陣壓縮攝像機，解決了傳統(tǒng)壓縮攝像機曝光時間短、數(shù)據(jù)量巨大、需要進行復(fù)雜的圖像預(yù)處理方可成像的問題。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種線陣壓縮攝像機，包括:
[0006]線陣圖像傳感器:所述線陣圖像傳感器用于識別外部圖像；
[0007]圖像采集核心卡:所述圖像采集核心卡用于采集線陣圖像傳感器識別的外部圖像信號，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
[0008]圖像處理核心卡:用于接收圖像采集核心卡轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號，并進行實時處理與分析(圖像處理核心卡進行圖像的格式轉(zhuǎn)換，色彩空間匹配，自動白平衡，自動曝光算法控制等功能);
[0009]圖像硬件壓縮核心卡:用于將巨大的數(shù)據(jù)量進行壓縮，從而減少數(shù)據(jù)傳輸量；
[0010]以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器:通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器，與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相連接，用于從以太網(wǎng)中接收數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)；
[0011]外部接口板:用于與外部設(shè)備進行連接，負責(zé)圖像的輸入解碼與外部顯示設(shè)備通訊和輸出最后的決策控制信號；
[0012]所述線陣圖像傳感器、圖像采集核心卡、圖像處理核心卡、圖像硬件壓縮核心卡及以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器依次相連接，所述外部接口板分別與所述圖像采集核心卡及所述圖像處理核心卡相連接。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，所述圖像處理核心卡包括動態(tài)隨機存儲器DRAM、FLASH存儲器、DSP處理器；DSP處理器的數(shù)據(jù)總線和地址總線與動態(tài)存儲器和FLASH存儲器相連，DSP處理器通過指定的地址訪問動態(tài)存儲器內(nèi)所存儲的動態(tài)數(shù)據(jù)和FLASH存儲器內(nèi)存儲的靜態(tài)數(shù)據(jù)。
[0014]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，所述圖像硬件壓縮核心卡為JPEG圖像硬件壓縮核心卡。[0015]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，所述以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器包括以太網(wǎng)MAC芯片、以太網(wǎng)PHY芯片、以太網(wǎng)隔離變壓器及RJ45接口，所述以太網(wǎng)MAC芯片及所述以太網(wǎng)PHY芯片分別與所述以太網(wǎng)隔離變壓器相連接，所述RJ45接口固定于所述以太網(wǎng)隔離變壓器上。
[0016]在本發(fā)明中，JPEG圖像硬件壓縮核心卡是在FPGA上使用硬件電路實現(xiàn)的處理器核心，是經(jīng)過布局和工藝固定、前后端的設(shè)計驗證而生成的IP軟核模塊和硬核模塊。其中的IP軟核模塊是對JPEG壓縮算法的硬件語言描述，包括邏輯描述、網(wǎng)表和幫助文檔，用戶可配置信息及跨平臺移植信息均在IP軟核模塊中得到實現(xiàn)，IP硬核模塊將JPEG壓縮算法時序進行嚴格的控制，不允許用戶對其進行修改，保護了算法的的穩(wěn)定性。
[0017]JPEG圖像硬件壓縮核心卡將圖像預(yù)處理核心輸出的線陣圖像首先進行排列，根據(jù)用戶配置信息決定順序排列還是倒序排列，使輸入圖像的分辨率滿足客戶配置和后端圖像壓縮算法的要求，與傳統(tǒng)的JPEG壓縮核心不同的是線陣攝像機的JPEG圖像硬件壓縮核心卡具有對線陣圖像進行排列功能。排列完成的圖像進入JPEG圖像壓縮步驟，其過程為:顏色轉(zhuǎn)換、DCT變換、量化、編碼過程。
[0018](I)顏色轉(zhuǎn)換:將不同格式的圖像轉(zhuǎn)換為YUV數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換完成之后進行數(shù)據(jù)采樣，采樣的比例是4:2:2。
[0019](2) DCT變換:將圖像信號在頻域上進行變換，分離出高頻和低頻信息，得到頻率系數(shù)矩陣。
[0020](3)量化:對DCT變換得到的數(shù)據(jù)進行整數(shù)變換。
[0021](4)編碼:該過程是圖像壓縮的正式過程，經(jīng)過此步驟數(shù)據(jù)量根據(jù)壓縮比不同，減少為原來的幾十分之一。采用行程長度編碼機制和熵編碼機制。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用JPEG圖像硬件壓縮核心卡，圖像壓縮功能優(yōu)異，圖像壓縮速度快，處理能力強；本發(fā)明將JPEG圖像硬件壓縮核心卡集成在攝像機內(nèi)部，在不增加攝像機的體積的情況下，消除了圖像數(shù)據(jù)量大，上位機無法處理的弊端，也大大擴展了線陣攝像機的應(yīng)用市場；由于使用線陣壓縮攝像機可以大大降低對上上位機的要求，使用普通的上位機即可完成高端上位機才能完成的工作，降低了系統(tǒng)的功耗，對于長時間工作的檢測系統(tǒng)而言，每年可以節(jié)約更多的電費，同時研發(fā)、安裝、維護及使用的成本大大降低，可以說真正體現(xiàn)綠色。環(huán)保、經(jīng)濟的理念。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明圖像處理核心卡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中，1、線陣圖像傳感器；2、圖像采集核心卡；3、圖像處理核心卡；31、動態(tài)隨機存儲器DRAM ;32、FLASH存儲器；33、DSP處理器；34、數(shù)據(jù)總線；35、地址總線；4、圖像硬件壓縮核心卡；5、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器；51、以太網(wǎng)MAC芯片；52、以太網(wǎng)PHY芯片；53、以太網(wǎng)隔離變壓器；54、RJ45接口 ；6、外部接線板。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0028]一種線陣壓縮攝像機，包括:
[0029]線陣圖像傳感器1:所述線陣圖像傳感器I用于識別外部圖像；
[0030]圖像采集核心卡2:所述圖像采集核心卡2用于采集線陣圖像傳感器I識別的外部圖像信號，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
[0031]圖像處理核心卡3:用于接收圖像采集核心卡2轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號，并進行實時處理與分析(圖像處理核心卡3進行圖像的格式轉(zhuǎn)換，色彩空間匹配，自動白平衡，自動曝光算法控制等功能)；
[0032]圖像硬件壓縮核心卡4:用于將巨大的數(shù)據(jù)量進行壓縮，從而減少數(shù)據(jù)傳輸量；
[0033]以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器5:通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器5，與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相連接，用于從以太網(wǎng)中接收數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)；
[0034]外部接口板:用于與外部設(shè)備進行連接，負責(zé)圖像的輸入解碼與外部顯示設(shè)備通訊和輸出最后的決策控制信號；
[0035]所述線陣圖像傳感器1、圖像采集核心卡2、圖像處理核心卡3、圖像硬件壓縮核心卡4及以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器5依次相連接，所述外部接口板分別與所述圖像采集核心卡2及所述圖像處理核心卡3相連接。
[0036]所述圖像處理核心卡3包括動態(tài)隨機存儲器DRAM31、FLASH存儲器32、DSP處理器33 ；DSP處理器33的數(shù)據(jù)總線34和地址總線35與動態(tài)存儲器DRAM和FLASH存儲器32相連，DSP處理器33通過指定的地址訪問動態(tài)存儲器內(nèi)所存儲的動態(tài)數(shù)據(jù)和FLASH存儲器32內(nèi)存儲的靜態(tài)數(shù)據(jù)，同時，DSP處理器33與圖像采集核心卡2和圖像硬件壓縮核心卡4相連接，用以對圖像采集核心卡2采集的數(shù)據(jù)進行處理。
[0037]所述圖像硬件壓縮核心卡4為JPEG圖像硬件壓縮核心卡4。
[0038]所述以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器5包括以太網(wǎng)MAC芯片51、以太網(wǎng)PHY芯片52、以太網(wǎng)隔離變壓器53及RJ45接口 54，所述以太網(wǎng)MAC芯片51及所述以太網(wǎng)PHY芯片52分別與所述以太網(wǎng)隔離變壓器53相連接，所述RJ45接口 54固定于所述以太網(wǎng)隔離變壓器53上。
[0039]本發(fā)明工作過程如下:
[0040]首先，通過線陣圖像傳感器I識別外部圖像信號，并將識別的圖像信號，通過圖像采集核心卡2采集到，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并輸送至圖像處理核心卡3，及逆行那個實時處理與分析，圖像處理核心卡3可以進行圖像的格式轉(zhuǎn)換、色彩空間匹配、自動白平衡及自動曝光算法控制等功能；
[0041]圖像處理核心卡3將圖像信號進行實時處理與分析后，傳送至圖像硬件壓縮核心卡4，對圖像信號進行壓縮，減少數(shù)據(jù)的傳輸量；
[0042]壓縮后的數(shù)據(jù)，通過與圖像硬件壓縮核心卡4相連接的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器5傳送至以太網(wǎng)，供上位機使用。
[0043]在本發(fā)明中，外部接口板與所述圖像采集核心卡2及所述圖像處理核心卡3相連接，用于負責(zé)圖像的輸入解碼與外部顯示設(shè)備通訊和輸出最后的決策控制信號。
[0044]在本發(fā)明中，JPEG圖像硬件壓縮核心卡4是在FPGA上使用硬件電路實現(xiàn)的處理器核心，是經(jīng)過布局和工藝固定、前后端的設(shè)計驗證而生成的IP軟核模塊和硬核模塊。其中的IP軟核模塊是對JPEG壓縮算法的硬件語言描述，包括邏輯描述、網(wǎng)表和幫助文檔，用戶可配置信息及跨平臺移植信息均在IP軟核模塊中得到實現(xiàn)，IP硬核模塊將JPEG壓縮算法時序進行嚴格的控制，不允許用戶對其進行修改，保護了算法的的穩(wěn)定性。
[0045]JPEG圖像硬件壓縮核心卡4將圖像預(yù)處理核心輸出的線陣圖像首先進行排列，根據(jù)用戶配置信息決定順序排列還是倒序排列，使輸入圖像的分辨率滿足客戶配置和后端圖像壓縮算法的要求，與傳統(tǒng)的JPEG壓縮核心不同的是線陣攝像機的JPEG圖像硬件壓縮核心卡4具有對線陣圖像進行排列功能。排列完成的圖像進入JPEG圖像壓縮步驟，其過程為:顏色轉(zhuǎn)換、DCT變換、量化、編碼過程。
[0046](I)顏色轉(zhuǎn)換:將不同格式的圖像轉(zhuǎn)換為YUV數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換完成之后進行數(shù)據(jù)采樣，采樣的比例是4:2:2。
[0047](2) DCT變換:將圖像信號在頻域上進行變換，分離出高頻和低頻信息，得到頻率系數(shù)矩陣。
[0048](3)量化:對DCT變換得到的數(shù)據(jù)進行整數(shù)變換。
[0049](4)編碼:該過程是圖像壓縮的正式過程，經(jīng)過此步驟數(shù)據(jù)量根據(jù)壓縮比不同，減少為原來的幾十分之一，采用行程長度編碼機制和熵編碼機制。
[0050]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種線陣壓縮攝像機，其特征在于，包括: 線陣圖像傳感器:所述線陣圖像傳感器用于識別外部圖像； 圖像采集核心卡:所述圖像采集核心卡用于采集線陣圖像傳感器識別的外部圖像信號，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號； 圖像處理核心卡:用于接收圖像采集核心卡轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號，并進行實時處理與分析； 圖像硬件壓縮核心卡:用于將巨大的數(shù)據(jù)量進行壓縮，從而減少數(shù)據(jù)傳輸量； 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器:通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器，與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相連接，用于從以太網(wǎng)中接收數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)； 外部接口板:用于與外部設(shè)備進行連接，負責(zé)圖像的輸入解碼與外部顯示設(shè)備通訊和輸出最后的決策控制信號； 所述線陣圖像傳感器、圖像采集核心卡、圖像處理核心卡、圖像硬件壓縮核心卡及以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器依次相連接，所述外部接口板分別與所述圖像采集核心卡及所述圖像處理核心卡相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線陣壓縮攝像機，其特征在于:所述圖像處理核心卡包括動態(tài)隨機存儲器DRAM、FLASH存儲器、DSP處理器；DSP處理器上的數(shù)據(jù)總線和地址總線與動態(tài)存儲器和FLASH存儲器相連，DSP處理器可以訪問動態(tài)存儲器DRAM內(nèi)所存儲的動態(tài)數(shù)據(jù)和FLASH存儲器內(nèi)存儲的靜態(tài)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線陣壓縮攝像機，其特征在于:所述以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器包括以太網(wǎng)MAC芯片、以太網(wǎng)PHY芯片、以太網(wǎng)隔離變壓器及RJ45接口，所述以太網(wǎng)MAC芯片及所述以太網(wǎng)PHY芯片分別與所述以太網(wǎng)隔離變壓器相連接，所述RJ45接口固定于所述以太網(wǎng)隔離變壓器上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線陣壓縮攝像機，其特征在于:所述圖像硬件壓縮核心卡為JPEG圖像硬件壓縮核心卡。
【文檔編號】H04N5/91GK103702020SQ201310703433
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】王儒根, 孫洪茂 申請人:大連維德集成電路有限公司