圖像采集裝置及該裝置的控制方法

專利名稱：圖像采集裝置及該裝置的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像采集裝置及該裝置的控制方法。
背景技術：
目前，市面上存在多種類型的USB攝像頭，這些攝像頭具有接口簡單、像素高、成像清晰的特點，且均符合UVC(USB video class)標準，廣泛應用于實時監控、圖像采集以及視頻會議等應用場合。盡管普通攝像頭已經能夠滿足多數應用場合，但是在某些特定應用領域，圖像采集設備不僅需要實現基本的圖像采集功能，而且該領域需要確保圖像采集設備的專用性，即圖像采集設備需要與該領域的應用軟件綁定后，圖像采集設備與應用軟件才能正常工作，通用圖像采集設備(USB攝像頭)不能與應用軟件配套使用，圖像采集設備也不能應用于其他應用環境。因此，現有技術中存在現有的通用圖像采集設備不能與應用軟件配套使用，導致圖像采集設備不能使用。

發明內容
本發明的主要目的在于提供一種圖像采集裝置及該裝置的控制方法，以解決現有技術存在的由于圖像采集模塊不能與應用軟件配套使用、導致的圖像采集設備不能使用的問題，其中:根據本發明實施例的圖像采集裝置包括:USB通道切換模塊、處理模塊和圖像采集模塊，USB通道切換模塊分別與處理模塊和圖像采集模塊USB連接；USB通道切換模塊，用于提供與外部計算機連接的USB接口 ；處理模塊，用于通過USB通道切換模塊提供的USB接口與外部計算機建立安全連接；圖像采集模塊，用于在處理模塊與外部計算機建立安全連接的情況下，將其采集的圖像數據通過USB通道切換模塊提供的USB接口傳送至外部計算機。其中，USB通道切換模塊具體包括:第一 USB輸入接口，用于與處理模塊進行USB連接；第二 USB輸入接口，用于與圖像采集模塊進行USB連接；第一 USB輸出接口，用于與外部計算機進行USB連接；切換模塊，用于將第一 USB輸入接口與第一 USB輸出接口之間的連接切換為第二 USB輸入接口與第一 USB輸出接口之間的連接。其中，處理模塊通過GPIO接口控制USB通道切換模塊的USB接口切換。其中，處理模塊符合USB HID協議。其中，處理模塊與外部計算機之間建立基于3DES加密算法的安全連接。其中，處理模塊與外部計算機之間傳輸的數據包格式包括:起始字節、有效數據、校驗字節、結束字節。根據本發明實施例的圖像采集裝置的控制方法包括:提供圖像采集裝置與外部計算機連接的USB接口 ；通過USB接口建立圖像采集裝置與外部計算機之間的安全連接；將圖像采集裝置采集的圖像數據通過USB接口傳送至外部計算機。其中，圖像采集裝置與外部計算機之間的安全連接為:基于3DES加密算法的安全連接。其中，圖像采集裝置與外部計算機之間傳輸的數據包格式包括:起始字節、有效數據、校驗字節、結束字節。與現有技術相比，根據本發明的技術方案，通過增加處理模塊與USB通道切換模塊，實現了 PC端與圖像采集模塊綁定的需求，解決了通用圖像采集設備不能與應用軟件配套使用，導致圖像采集設備不能使用的問題。


此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:圖1是本發明實施例的圖像采集裝置的結構框圖；圖2是本發明實施例的圖像采集裝置的優選結構的框圖；圖3是本發明實施例的PC端與處理模塊匹配的流程圖；圖4是本發明實施例的PC端與圖像采集模塊交互的數據包格式的示意圖；圖5是本發明實施例的圖像采集裝置的控制方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步地詳細說明。根據本發明的實施例，提供了 一種圖像采集裝置。圖1是本發明實施例的圖像采集裝置的結構框圖，如圖1所示，該裝置包括:USB通道切換模塊10、處理模塊20和圖像采集模塊30，其中，USB通道切換模塊10分別與處理模塊20和圖像采集模塊30連接。USB通道切換模塊10用于提供與外部計算機連接的USB接口。USB通道切換模塊10具有兩路USB輸入和一路USB輸出，兩路USB輸入分別連接處理模塊20和圖像采集模塊USB連接30 ;—路USB輸出連接外部計算機(PC端)。USB通道切換模塊10負責在兩路USB通道輸入之間進行切換，實現不同的USB通道輸入。參考圖2，USB通道切換模塊具體包括:第一 USB輸入接口，用于與處理模塊20進行USB連接；第二 USB輸入接口，用于與圖像采集模塊30進行USB連接。第一 USB輸出接口，用于與外部計算機進行USB連接。切換模塊，用于將第一 USB輸入接口與第一 USB輸出接口之間的連接切換為第二 USB輸入接口與第一 USB輸出接口之間的連接。處理模塊20用于通過USB通道切換模塊提供的USB接口與外部計算機建立安全連接。處理模塊(或為微處理器模塊)20主要負責與PC端建立握手，同時通過一根GPIO(General Purpose Input Output,通用輸入/輸出)接口管腳控制USB通道切換模塊10的USB通道選擇管腳，從而實現切換處理模塊20和圖像采集模塊30的USB通道功能。處理模塊20運行后，通過GPIO接口控制USB通道切換模塊10的通道選擇輸入端SEL管腳選擇處理模塊20的USB通道與PC的USB接口相連，在成功與PC端應用軟件的握手后，處理模塊20將USB通道切換到圖像采集模塊30的USB通路，由于圖像采集模塊30符合UVC標準，因此PC端可以直接通過數據接口獲取視頻圖像。圖像采集模塊30用于在處理模塊20與外部計算機建立安全連接的情況下，將圖像采集模塊30采集的圖像數據通過USB通道切換模塊10提供的USB接口傳送至外部計算機。具體地，外部影像通過鏡頭生成光學圖像投射到圖像傳感器表面，圖像傳感器然后將光信號轉化為電信號，通過模數電路將模擬電信號變換為數字圖像信號，DSP接收數字圖像信號，軟件處理后通過視頻接口傳輸到PC機，PC機讀取圖像數據后進行處理。根據本發明的實施例，只有當PC端和圖像采集裝置握手成功后，圖像采集裝置才會將USB通道切換到圖像采集模塊30的USB圖像輸出接口，PC端才可以訪問圖像數據，由此實現了特殊行業的軟件、硬件綁定需求。在實際應用中，處理模塊20固件首先將設備設置成一個符合USB HID (HumanInterface Device)協議的設備，USB HID設備通常用于控制計算機系統的領域,適合傳輸少量數據的應用，同時主流操作系統均集成了 USB HID驅動程序，因此USB設備只要符合USB HID協議標準，就不再需要安裝設備驅動程序，設備就能夠直接與PC端應用程序通過系統提供的訪問接口進行數據交互。上電后，USB通道切換模塊10默認配置成選擇處理模塊20的USB通道，當PC端與處理模塊20建立通信通道后，進行握手數據校驗，校驗過程采用以下方式:PC端軟件隨機取三個56位密鑰K1、K2、K3以及一個64位(8字節)明文，通過約定的3DES加密算法將64位(8字節)明文數據加密成對應的密文，然后將密鑰、明文、密文按照設定包格式通過USB通道傳遞給處理模塊20的底層固件程序，處理模塊20接收到數據包后，提取數據包中密鑰Kl、Κ2、Κ3、明文和密文，然后采用同樣的加密算法和密鑰對明文進行加密生成密文，并比對新生成的密文與下發數據包中的密文，確定是否是合法的加密數據，如果判斷結果一致則處理模塊20改變GPIO輸出管腳信號，將USB信號通道切換到圖像采集模塊30的USB信號通道，并通知PC端匹配成功，可以進入圖像采集流程；如判斷結果不一致，則禁止切換USB通道，并通知PC端匹配不成功，PC端收到異常信號后，退出匹配流程，進入異常處理流程。PC端與處理模塊20采用了 3DES加密算法，它以DES加密算法為基本模塊，通過組合分組方法設計出分組加密算法，比DES更安全。除采用3DES加密算法外，用戶同時可按照一定規則重新組合密鑰、明文、密文數據包，處理模塊20接收數據包后按照相同的組合方式還原原數據以實現更安全的握手協議。根據本發明，PC端與處理模塊20只采用了3DES對稱加密算法用以確保數據傳遞、系統的安全性，PC端與處理模塊20匹配流程如圖3所示，包括:步驟S302，圖像采集模塊啟動后，申請建立通信通道。步驟S304，PC端啟動后，建立通信通道。步驟S306，判斷通道建立是否成功，如果成功執行步驟S308，否則退出匹配流程。步驟S308，PC端向圖像采集模塊發送密鑰、明文、密文驗證數據包。步驟S310，圖像采集模塊收到驗證數據包，對該驗證數據包進行驗證。步驟S312，判斷明文、密文是否匹配，如果匹配執行步驟S314，否則執行步驟S316。
步驟S314，切換USB通道到圖像采集模塊。步驟S316，向PC端返回比較結果。步驟S318，PC端接收比較結果。步驟S320，判斷返回值是否正確，如果正確執行步驟S322，否則退出匹配流程。步驟S322，PC端讀取圖像采集模塊的圖像采集信息，流程結束。PC端軟件與圖像采集模塊交互的數據包組成格式如圖4所示包括:起始字節、有效數據、CRC16校驗字節和結束字節。起始字節表示一包數據的開始，以十六進制數據OxCO表示；有效數據為實際傳輸的數據，由明文和密文組合而成；CRC16校驗字節根據有效數據計算得出，不包括起始、結束字節數據，CRC16校驗算法采用CRC-CCITT算法，生成多項式為X16+X12+X5+1 ;結束字節表示一包數據的結束，以十六進制數據OxCl表示。如果在有效數據包含與起始、結束字節相同的數據，則需要在數據前加轉義字節0x7D表示。根據本發明的實施例，還提供了 一種圖像采集裝置的控制方法。參考圖5，該圖像采集裝置的控制方法包括:步驟S502，提供圖像采集裝置與外部計算機通信的USB通道；步驟S504，通過USB通道建立圖像采集裝置與外部計算機之間的安全連接；步驟S506，將圖像采集裝置采集的圖像數據通過USB通道傳送至外部計算機。其中，圖像采集裝置與外部計算機之間的安全連接為:基于3DES加密算法的安全連接。并且，圖像采集裝置與外部計算機之間傳輸的數據包格式包括:起始字節、有效數據、校驗字節、結束字節。在實際引用中，根據本發明實施例的圖像采集裝置的控制方法的具體工作流程可以參考圖1至圖4，此處不贅述。綜上所述，本發明通過增加處理模塊與USB通道切換模塊實現了 PC端與圖像采集模塊綁定的需求，具有以下有益效果:(I)充分利用操作系統已有的功能，省略USB設備驅動程序的安裝，簡化通信通道的建立；(2)采用了加密級別高的3DES加密算法，密鑰可定制，確保了 PC端軟件與圖像采集模塊數據通信的安全性與可靠性；(3)本發明在USB圖像采集模塊的基礎上增加的元器件費用低，投資成本低；(4)用戶自由定制加密算法和密鑰，最大限度保證了系統擴展性。以上所述僅為本發明的實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求范圍之內。
權利要求
1.一種圖像采集裝置，其特征在于，包括:USB通道切換模塊、處理模塊和圖像采集模塊，所述USB通道切換模塊分別與所述處理模塊和所述圖像采集模塊USB連接； 所述USB通道切換模塊，用于提供與外部計算機通信的USB接口通道； 所述處理模塊，用于通過所述USB通道切換模塊提供的USB接口通道與外部計算機建立安全連接； 所述圖像采集模塊，用于在所述處理模塊與所述外部計算機建立安全連接的情況下，將其采集的圖像數據通過所述USB通道切換模塊提供的USB接口通道傳送至所述外部計算機。
2.根據權利要求1所述的圖像采集裝置，其特征在于，所述USB通道切換模塊具體包括: 第一 USB輸入接口，用于與所述處理模塊進行USB通信； 第二 USB輸入接口，用于與所述圖像采集模塊進行USB通信； 第一 USB輸出接口，用于與外部計算機進行USB通信； 切換模塊，用于將所述第一 USB輸入接口與所述第一 USB輸出接口之間的USB通道切換為所述第二 USB輸入接口與所述第一 USB輸出接口之間的USB通道。
3.根據權利要求1所述的圖像采集裝置，其特征在于，所述處理模塊通過通用輸入/輸出接口控制所述USB通道切換模塊的USB接口切換。
4.根據權利要求1所述的圖像采集裝置，其特征在于，所述處理模塊符合USBHID協議。
5.根據權利要求1所述的圖像采集裝置，其特征在于，所述處理模塊與外部計算機之間建立基于3DES加密算法的安全連接。
6.根據權利要求5所述的圖像采集裝置，其特征在于，所述處理模塊與外部計算機之間傳輸的數據包格式包括: 起始字節、有效數據、校驗字節、結束字節。
7.一種圖像采集裝置的控制方法，所述圖像采集裝置采集圖像數據，其特征在于，所述方法包括: 提供所述圖像采集裝置與外部計算機通信的USB通道； 通過所述USB通道建立所述圖像采集裝置與外部計算機之間的安全連接； 將所述圖像采集裝置采集的圖像數據通過所述USB通道傳送至所述外部計算機。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述圖像采集裝置與外部計算機之間的安全連接為:基于3DES加密算法的安全連接。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述圖像采集裝置與外部計算機之間傳輸的數據包格式包括: 起始字節、有效數據、校驗字節、結束字節。
全文摘要
本發明公開了一種圖像采集裝置及該裝置的控制方法，其中，該裝置包括USB通道切換模塊、處理模塊和圖像采集模塊，USB通道切換模塊分別與處理模塊和圖像采集模塊USB連接；USB通道切換模塊，用于提供與外部計算機連接的USB接口；處理模塊，用于通過USB通道切換模塊提供的USB接口與外部計算機建立安全連接；圖像采集模塊，用于在處理模塊與外部計算機建立安全連接的情況下，將其采集的圖像數據通過USB通道切換模塊提供的USB接口傳送至外部計算機。本發明實現了PC端與圖像采集模塊綁定的需求。
文檔編號H04N5/225GK103164372SQ20111041681
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者高志剛, 廖峰, 胡金輝, 孫國良, 陳磊, 張國喜, 王乾, 趙軼民, 武志鵬 申請人:航天信息股份有限公司