專利名稱：一種基于圖像傳感技術的空間目標特征識別裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于嵌入式信息技術領域，涉及到一種網絡終端圖像設備，具體涉及一種基于高幀或高密度圖像傳感技術的空間目標特征識別或測量裝置，該設備具有識別空間目標或測量空間目標幾何量的功能。高幀圖像(可達500幀)涉及快速運動的目標，高密度圖像(可達1200萬實像素)涉及高分辨率。
背景技術：
目前圖像識別技術的實施一般采用工業相機、采集卡、計算機三部分組成，價格高，系統復雜體積龐大，不適合批量的使用和野外的使用。這種結構通常要先把圖像數據傳送到計算機中，在高清需求或高幀需求時，由于涉及巨量數據的傳輸，而通信信道的帶寬有限，不容易滿足高數據傳輸率的技術指標
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基于圖像傳感技術的空間目標特征識別或測量裝置，其把采集卡、計算機部分和工業相機做到一個小的單元中，該裝置具有高速的計算能力，完成特征的識別計算或目標的幾何量計算。另外，很具有低能耗的優點。本發明的圖像傳感器采用高幀高密CMOS器件，圖像傳感器驅動后，輸出數字圖像信號，由于數據量大，每秒可以是幾百兆到幾千兆位，所以必須采用高速的數據采集電路和存儲電路，在進行特征識別或測量計算時，由FPGA電路和微控制器電路配合，分步驟同時計算。因而，圖像信號采集、圖像信號處理、圖像特征識別或測量計算必須分幾個級別同時進行。一種基于圖像傳感技術的空間目標特征識別或測量裝置，包括可編程器件FPGA、ARM嵌入式系統、CMOS圖像傳感器、外曝光同步器、同時讀寫存儲器和高速通信接口。本發明的結構連接如下=FPGA可編程器件和ARM嵌入式系統構成主系統核心，兩者之間有一組地址線(20根)、一組數據線(16根)和讀寫控制線構成數據由前向后的傳輸通道，曝光控制和圖像模式設置由單獨一組通信線(3線SPI)完成。ARM嵌入式系統通過高速通信接口和外部計算機通信，高速通信為USB3.0接口和由USB3.0轉換的千兆網通信接口 ；FPGA是可編程器件，主要配置包括圖像采集控制器、存儲器讀寫控制器，存儲器讀寫控制器可以同時或任意反向讀寫兩個外部存儲器，對讀數據的ARM嵌入式系統，僅映射為一個數據通道；FPGA和同時讀寫存儲器之間有2套獨立的數據線、2套獨立的地址線和2套獨立的讀寫控制線；FPGA和CMOS圖像傳感器之間有數據線、狀態線和SPI控制線，數據線、狀態線(包括系統時鐘線)向FPGA采集數據模塊傳送數據，SPI控制線用來控制CMOS圖像傳感器的工作模式。FPGA是現場可編程器件與外曝光同步器相連，可以實現多機同時曝光或單機事件觸發曝光。工作時，FPGA和ARM嵌入式系統分別復位，建立通信信道，圖像工作模式執行原存儲模式，向上位機發出準備好信號，等待命令。上位機發出的主要命令:一是修改圖像工作模式和采集參數。第二個命令是觀察圖像，利于調節光學鏡頭和直觀體驗鏡頭的參數。第三個命令是采集圖像來計算特征量或測量，結果傳至上位機，上位機用以實時調用和處理。所有命令也由高速通信接口傳至ARM嵌入式系統，再由ARM嵌入式系統傳至FPGA，由FPGA執行其中一部分，由SPI控制線傳送CMOS圖像傳感器執行一部分。數據的存儲過程采用一個存儲體采集存儲數據，另一個存儲體同時讀取傳送數據，或相反的方式。數據計算時，由FPGA中的相應模塊執行例如二值化，連通閾識別等前期處理功能，并采用簡化數據格式存儲。ARM嵌入式操作系統取得數據后，執行命令中的任務，進行最終的特性識別或測量運算，結果送發送緩沖區，所有過程是實時的。FPGA采用Verilog語言實現功能，ARM嵌入式系統采用C語言和Linux操作系統。本發明有益效果是圖像嵌入式系統把圖像處理的復雜龐大結構歸結為一個微型的工業相機之中，使用方便，特別適用多數量同時使用的情況。在作為識別或測量傳感器使用時，不用在通信網絡中傳輸巨量的圖像數據，減輕了通信網絡的負擔，由于電能節省了絕大部分，所以特別適用于戶外的使用。
圖1是本發明的結構示意圖。圖2是本發明的工作流程圖。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的實施例。CMOS圖像傳感器通過數據線和狀態線向FPGA傳送數據和狀態。FPGA通過SPI控制線向CMOS傳感器傳送命令，用以改變改變工作模式等。FPGA連接一組同時讀寫存儲器，FPGA和存儲器由數據線和地址線以及讀寫控制線連接。FPGA和ARM嵌入式系統之間由地址線、數據線和控制線連接。狀態線傳送FPGA的狀態到ARM嵌入式系統。ARM嵌入式系統和網絡接口之間是網絡連線，連接外曝光控制器通過信號線和FPGA連接。工作開始，FPGA和ARM嵌入式系統分別復位，建立通信信道，圖像工作模式執行原存儲模式，向上位機發出準備好信號，等待命令。上位機主要發出以下命令:修改圖像工作模式和采集參數；觀察圖像，利于調節光學鏡頭和直觀體驗鏡頭的參數；計算圖像的特征量或測量或測量，結果傳至上位機上位機用以實時調用和處理。所有命令由高速通信接口傳至ARM嵌入式系統，再由ARM嵌入式系統傳至FPGA，由FPGA和CMOS圖像傳感器執行各自的部分。數據計算時，由FPGA中的相應模塊執行例如二值化，連通閾識別等前期處理功能，并采用簡化數據格式存儲和傳輸，ARM嵌入式操作系統取得數據后，執行命令中的任務，進行最終的特性識別或測量運算，結果送發送緩沖區，所有過程是實時的。
權利要求
1.一種基于圖像傳感技術的空間目標特征識別或測量裝置，其特征在于:該空間目標特征識別或測量裝置基于嵌入式硬件和軟件技術，包括可編程器件FPGA、ARM嵌入式系統、高幀或高密CMOS圖像傳感器、外曝光同步器、可同時讀寫存儲器，高速通信為USB3.0接口和由USB3.0轉換的千兆網高速通信接口 ；FPGA可編程器件和ARM嵌入式系統構成主系統核心，兩者之間有一組地址線、一組數據線和讀寫控制線，構成數據由前向后的傳輸通道，曝光控制和圖像模式設置由單獨一組通信線SPI完成；ARM嵌入式系統經過USB3.0或千兆網高速通信接口和外部計算機通信； FPGA是可編程器件，主要編程配置包括圖像采集控制器、存儲器讀寫控制器，存儲器讀寫控制器可以同時或任意反向讀寫兩個外部存儲器，對讀數據的ARM嵌入式系統，僅映射為一個數據通道；FPGA和同時讀寫存儲器之間有2套獨立的數據線、2套獨立的地址線和2套獨立的讀寫控制線；FPGA和CMOS圖像傳感器之間有數據線、狀態線和SPI控制線，數據線、狀態線向FPGA采集數據模塊傳送數據，SPI控制線用來控制CMOS圖像傳感器的工作模式；FPGA是現場可編程器件與外曝光同步器相連，實現多機同時曝光或單機事件觸發曝光。
2.根據權利要求1所述的空間目標特征識別裝置，其特征在于=FPGA采用Verilog語言實現功能，ARM嵌 入式系統采用C語言和Linux操作系統。
全文摘要
本發明屬于嵌入式信息技術領域，涉及一種基于圖像傳感技術的空間目標特征識別或測量裝置。其特征是圖像傳感器采用高幀或高密度CMOS器件，驅動圖像傳感器后，輸出數字圖像信號，由于數據量大，每秒可以是幾百兆到幾千兆位，所以必須采用高速的數據采集電路和存儲電路和高速通信電路，在進行特征識別或測量計算時，由FPGA電路和微控制器電路配合，分級別同時計算。這樣就必須把圖像信號采集、圖像信號處理、圖像特征識別或測量計算同時進行。本發明把高幀或高密圖像采集和處理的復雜龐大結構歸結為一個微型的工業相機之中，使用方便，特別是多數量同時使用時，不用在網絡中傳輸巨量的圖像數據，減輕了網絡的負擔。體積小，節省能源，特別適用于戶外的使用。
文檔編號G06K9/46GK103226707SQ201310086688
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月18日 優先權日2013年3月18日
發明者李明偉, 顧宇璐, 鄭文俊 申請人:大連理工大學