專利名稱：應用于智能交通的雙碼流高清相機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙碼流高清相機的實現，屬于機器視覺圖像測量與模式識別技術領域，可以應用于智能交通、機器視覺、半導體、安防監控、工業生產及檢測、醫學顯微等方
背景技術：
隨著圖像處理與模式識別技術的發展，機器視覺系統在智能交通領域已經得到了廣泛的應用。高清相機是一種高度集成化的微小型機器視覺系統。傳統的利用高清相機進行交通監控的解決方案都是只采用圖像數據或視頻數據一路碼流進行監控。對于采用圖像數據進行監控的方案，雖然它能夠將相機采集的每一幀圖像保存于計算機，并進行圖像分析操作，但是它無法滿足智能交通領域中實時監控的需求；對于采用視頻數據進行監控的方案，雖然它能夠通過錄像實時監控，但是視頻數據是無法進行圖像分析的。如何同時滿足實際應用的不同需求，做到既能夠實時監控，又提供圖像分析功能，這是目前大多數廠家關心的問題，因此必須采用有效的方法來提高高清相機的通用性。
發明內容
為了克服現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種應用于智能交通的雙碼流高清相機，它采用了高清雙碼流技術，一路碼流用于傳輸高清視頻數據，可以對交通領域進行視頻監控，一路碼流用于傳輸高清的圖像數據，可以為交通領域提供圖像分析。雙碼流高清相機將視頻數據和圖像數據整合于一體，在進行交通實時監控時，可通過網絡向客戶監視端軟件同時顯示高清的視頻數據和圖像數據，也可根據客戶需要，只傳輸一路高清視頻數據或一路高清圖像數據，這不僅有效的利用現有資源，降低了購買相機的成本，而且極大的滿足了機器視覺領域的多種應用需求。本發明具體采用如下技術解決方案一種應用于智能交通的雙碼流高清相機，包括圖像采集前端、ARM芯片處理器、DSP芯片處理器、網絡通訊芯片，其特征在于所述的圖像采集前端用來采集交通道路上的原始圖像數據，其輸出端與所述的ARM芯片處理器的輸入端相連，將采集到的原始圖像數據傳輸至該ARM芯片處理器中；所述的ARM芯片處理器分別于所述的DSP芯片處理器和所述的網絡通信芯片相連接，所述ARM芯片處理器將圖像采集前端采集到的原始圖像數據傳輸給DSP芯片處理器進行編碼，接收所述DSP芯片處理器編碼完成的數據，并通過網絡通信芯片傳輸給客戶端監視軟件進行所采集的交通道路上的圖像顯示；所述ARM芯片處理器負責接收客戶監視端軟件通過網絡通信芯片對相機的控制信號；所述的DSP芯片處理器接收所述ARM芯片處理器傳輸過來的原始圖像數據，并將原始圖像數據編碼成為JPEG圖像數據和H. 264視頻數據，對原始圖像數據編碼完成后，將
3JPEG圖像數據和H. 264視頻數據傳輸給所述的ARM芯片處理器；所述的網絡通訊芯片與所述ARM芯片處理器相連，用于引出以太網接口，使得雙碼流高清相機能與客戶端監視端軟件進行交互，所述的客戶端監視端軟件用于顯示編碼完成的JPEG圖像數據和H. 264視頻數據，以及配置相機屬性和控制相機工作。所述的DSP芯片處理器和所述的ARM芯片處理器是并行處理數據的，這一架構可以充分利用所述的DSP芯片處理器和所述的ARM芯片處理器的使用，提高了相機圖像幀率。進一步，當所述ARM芯片處理器接收第η幀原始圖像數據完畢后，所述ARM芯片處理器會把該第η幀原始圖像數據傳輸給DSP芯片處理器，同時所述ARM芯片處理器還等待著所述DSP芯片處理器對上一幀、即第n-1幀原始圖像數據的編碼結果；所述DSP芯片處理器先調用JPEG編碼算法和H. 264編碼算法將第n-1幀原始圖像數據編碼成第n_l幀JPEG圖像數據和第n-1幀H264視頻數據，并將第n_l幀JPEG圖像數據和第n_l幀H. 264視頻數據傳輸給ARM芯片處理器后再獲取當前第η幀原始圖像數據的內存地址，繼續調用編碼算法對第η幀原始圖像數據進行編碼。本發明涉及的一種應用于智能交通的雙碼流高清相機，不僅外觀專業小巧，生產成本低，而且功能強大，性能優越，因此該相機可以廣泛應用于智能交通、生物醫學、安防監控和工業生產等領域的識別和檢測。
圖1是本發明的機械結構框圖；圖2是本發明的相機系統結構圖；圖3是本發明的相機雙處理器并行處理示意圖；圖4是本發明的相機光譜特性圖。
具體實施例方式為了更清楚的理解本發明，下面結合附圖和具體的實例，對本發明作進一步的詳細說明。一、相機的機械結構雙碼流高清相機的結構圖如圖1，相機有6個定位固定孔用來把相機固定在實際應用的環境中，6個孔距離相機前端4mm，4個小孔的直徑是4mm，深度是6mm，2個大孔的深度是5mm，采用美標1/4-20UNC螺紋的直徑。同時相機前端是標準的C-MOUNT鏡頭接口用于連接各種焦距的鏡頭來捕獲圖像。相機后端采用了 25針的并口來進行相機所有功能信號和電源的輸入輸出。同時配有標準網絡接口來進行網絡的連接。二、相機的系統結構圖通過附圖2的相機系統結構圖，可以看出雙碼流高清相機內各個模塊之間的工作原理如下給相機接入12V的外部輸入電源，圖像采集前端通過內部的CXD芯片采集交通道路上的實時圖像，并把每幀圖像的光信號轉化為相機電路里的電信號，再把電信號轉化為數字信號，即交通道路上的原始圖像數據，然后把此原始圖像數據傳輸給ARM芯片處理器，假設圖像采集前端正在采集第η幀原始圖像數據，并將當前第η幀原始圖像數據傳輸給ARM芯片處理器。在ARM芯片處理器開始接收數據前，它會先分配足夠大的內存空間來存放這第η幀原始圖像數據，當接收數據完畢后，ARM芯片處理器會把第η幀原始圖像數據傳輸給DSP芯片處理器，同時ARM芯片處理器還等待著DSP芯片處理器對上一幀原始圖像數據，即第n-1幀原始圖像數據的編碼結果。DSP芯片處理器先調用JPEG編碼算法和H. 264編碼算法將第n_l幀原始圖像數據編碼成第n-1幀JPEG圖像數據和第n-1幀H264視頻數據，編碼完成后，將第n_l幀JPEG圖像數據和第n-1幀H264視頻數據傳輸給ARM芯片處理器。然后DSP芯片處理器獲取當前第η幀原始圖像數據的內存地址，繼續調用編碼算法對第η幀原始圖像數據進行編碼。ARM芯片處理器接收到第n-1幀JPEG圖像數據和H. 264視頻數據后，通過網絡通訊芯片把圖像數據和視頻數據傳送給客戶監視端軟件。客戶監視端軟件收到JPEG圖像數據和H. 264視頻數據后，進行解碼渲染，并在軟件界面上同時顯示高清的JPEG圖像數據和H. 264視頻數據，也可以根據客戶需要，只傳輸高清視頻數據或者高清圖像數據。在客戶端監視軟件上，還可以通過以太網配置相機的屬性和發出相機工作的控制指令，并由ARM芯片處理器負責響應客戶端監視軟件發送給相機的控制操作。三、相機的雙處理器并行處理示意圖通過附圖3的相機雙處理器并行處理示意圖，可以了解到ARM芯片處理器和DSP芯片處理器的并行實施方案，具體如下雙碼流高清相機的原始圖像數據是百萬數量級的，相機需要對該原始數據進行復雜的JPEG算法編碼和H. 264算法編碼，然后再把編碼完畢的JPEG圖像數據和H. 264視頻數據通過局域網傳輸給客戶端監測軟件，這些龐大的運算量對單核處理器來說是一種沉重的負擔，并會導致高清相機在采集JPEG圖像或H. 264視頻的時候，擁有很低的采集幀率。因此，本方案采用雙核分工并行處理的方法，使用兩個處理器，即ARM芯片處理器和DSP芯片處理器對原始圖像數據和編碼好的數據進行并行操作。在附圖3中，橫軸表示時間片，豎軸表示ARM芯片處理器和DSP芯片處理器執行的任務。以帶箭頭的橫向虛線為兩處理器任務的分界線，豎軸的上半部為DSP芯片處理器執行的任務，豎軸的下半部為ARM芯片處理器執行的任務。ARM芯片處理器負責發送(Send)前一幀JPEG圖像數據和H. 264視頻數據，DSP處理器負責把當前的原始圖像數據編碼成JPEG圖像數據和H. 264視頻數據，且兩者是在同一時間片內執行的。例如，在t = 1時，出現第一幀原始圖像數據，所以只有DSP芯片處理器執行操作，即把第一幀原始圖像數據編碼(Encode)為JPEG圖像數據和H. 264視頻數據。由于此時在DSP芯片處理器中沒有已編碼完畢的JPEG圖像數據和H. 264視頻數據，因此ARM芯片處理器不執行發送(Send)操作；在t = 2時，DSP芯片處理器收到第二幀原始圖像數據，對其進行JPEG編碼(Encode)和H. 264編碼(Encode)，同時第一幀JPEG圖像數據和第一幀H. 264視頻數據已經編碼完畢，ARM芯片處理器就可以發送(Send)第一幀JPEG圖像數據和第一幀H. 264視頻數據；在t = 3時，DSP芯片處理器編碼(Encode)第三幀JPEG圖像數據和第三幀H. 264視頻數據，ARM芯片處理器發送(Send)第二幀JPEG圖像數據和第二幀H. 264視頻數據，以此類推，在以后的時間片里兩個處理器執行相同的功能在當前的時間片里，DSP
5芯片處理器編碼(Encode)當前原始圖像數據，ARM芯片處理器發送(Send)上一幀原始圖像的JPEG圖像數據和H. 264視頻數據。四、相機光譜特性雙碼流高清相機采用1/1. 8-inch CXD彩色圖像傳感器，CXD又稱電荷耦合器件，它是以電荷作為信號，并具有電荷轉移功能的元件。在光電轉換過程中，CCD的感光度特性會大大影響再現圖像的色彩，也決定拍攝對象可否以與原本相同的色彩再現，所以CCD的光譜感光度特性是決定色彩再現性的重要因素。雙碼流高清相機的光譜特性圖如附圖5所示。在附圖5中，CCD傳感器的感光度隨著波長的變化而變化，三條曲線分別代表了在不同波長的情況下，CCD傳感器對紅藍綠光的感光能力，其中縱坐標軸代表的是CCD的相對感光靈敏度，橫坐標軸代表的是波長。當波長在450nm 500nm之間時，CCD對藍光的相對靈敏度約為0. 9，波長在500nm 550nm之間時，CXD對綠光的相對靈敏度可達到0. 92，波長在600nm 650nm之間時，CXD對紅光的相對靈敏度可達到0. 99。因此，用戶可以對相機的光譜特性圖進行分析，再根據自身需求來調節相機CCD對紅藍綠光的感光度，從而提高圖像的色彩質量。以上給出的實施例僅用以說明本發明和它的實際應用，并非對本發明作任何形式上的限制，任何一個本專業的技術人員在不偏離本發明技術方案的范圍內，依據以上技術和方法作一定的修飾和變更當視為等同變化的等效實施例。因此，所有等同的技術方案也應該屬于本發明的范疇，應由各權利要求限定。
權利要求
1.一種應用于智能交通的雙碼流高清相機，包括圖像采集前端、ARM芯片處理器、DSP芯片處理器、網絡通訊芯片，其特征在于所述的圖像采集前端用來采集交通道路上的原始圖像數據，其輸出端與所述的ARM芯片處理器的輸入端相連，將采集到的原始圖像數據傳輸至該ARM芯片處理器中；所述的ARM芯片處理器分別與所述的DSP芯片處理器和所述的網絡通信芯片相連接，所述ARM芯片處理器將圖像采集前端采集到的原始圖像數據傳輸給DSP芯片處理器進行編碼，接收所述DSP芯片處理器編碼完成的數據，并通過網絡通信芯片傳輸給客戶端監視軟件進行所采集的交通道路上的圖像顯示；所述ARM處理器負責接收客戶監視端軟件通過網絡通信芯片對相機的控制信號；所述的DSP芯片處理器接收所述ARM芯片處理器傳輸過來的原始圖像數據，并將原始圖像數據編碼成為JPEG圖像數據和H. 264視頻數據，對原始圖像數據編碼完成后，將JPEG圖像數據和H. 264視頻數據傳輸給所述的ARM芯片處理器；所述的網絡通訊芯片與所述ARM芯片處理器相連，用于引出以太網接口，使得雙碼流高清相機能與客戶監視端軟件進行交互，所述的客戶監視端軟件用于顯示編碼完成的JPEG圖像數據和H. 264視頻數據，以及配置相機屬性和控制相機工作。
2.根據權利要求1所述的雙碼流高清相機，其特征在于所述DSP芯片處理器和所述的ARM芯片處理器是并行處理數據。
3.根據權利要求2所述的雙碼流高清相機，其特征在于當所述ARM芯片處理器接收第η幀原始圖像數據完畢后，所述ARM芯片處理器會把該第η幀原始圖像數據傳輸給DSP芯片處理器，同時所述ARM芯片處理器還等待著所述DSP芯片處理器對上一幀、即第n-1幀原始圖像數據的編碼結果；所述DSP芯片處理器先調用JPEG編碼算法和H. 264編碼算法將第n-1幀原始圖像數據編碼成第n-1幀JPEG圖像數據和第n_l幀H264視頻數據，并將第n-1幀JPEG圖像數據和第n-1幀H. 264視頻數據傳輸給ARM芯片處理器后再獲取當前第η幀原始圖像數據的內存地址，繼續調用編碼算法對第η幀原始圖像數據進行編碼。
4.根據權利要求1或2所述的雙碼流高清相機，其特征在于所述圖像采集前端采用1/1. 8-inch CXD彩色圖像傳感器，用戶通過調節相機CXD彩色圖像傳感器對紅藍綠光的感光度，提高圖像的色彩質量。
全文摘要
本發明公開了一種應用于智能交通的雙碼流高清相機，它采用了高清雙碼流技術，一路碼流用于傳輸高清視頻流，可以對交通領域進行視頻監控，一路碼流用于傳輸高清的圖像流，可以為交通領域提供圖像分析。雙碼流高清相機將視頻流和圖像流整合于一體，在進行交通實時監控時，可同時顯示高清的視頻流和圖像流，這不僅有效的利用現有資源，降低了購買相機的成本，而且極大的滿足了機器視覺領域的多種應用需求。本發明不僅外觀專業小巧，而且性能優越，功能一體化集成，安裝、使用簡單，廣泛應用于智能交通、電子警察、安防監控、工業生產及檢測、醫學顯微等領域。
文檔編號H04N5/225GK102387348SQ20111032932
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者蘭靜, 吳霄, 薄偉國, 鄭眾喜 申請人:北京優納科技有限公司