一種使用高清相機的圖像采集系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種使用高清相機的圖像采集系統，包括控制器、高清相機和圖像數據傳輸卡，所述控制器通過用戶總線接口信號與高清相機連接，控制所述高清相機的工作模式，所述用戶總線接口信號包括EXSYNC、PRIN和BIN；所述高清相機通過數據總線接口與所述圖形采集卡連接，所述圖像數據傳輸卡利用所述數據總線接口信號來實現對所述高清相機的控制及圖像數據的抓取操作，所述數據總線接口包括DATA0~11、FVAL、LVAL和STROBE。本發明的技術效果在于所述圖像數據傳輸卡產生相機工作所需的輸入信號，解譯相機的輸出信號，使高清相機在電控方式下工作并實時、正確地抓取相機輸出的圖像數據。
【專利說明】一種使用高清相機的圖像采集系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能交通領域，特別涉及一種使用高清相機的圖像采集系統。
【背景技術】
[0002]近幾年來隨著國家及各地方政府加大對基礎設施建設的投入，我國的公路及城市道路建設都得到了前所未有的發展，并且這種快速發展的趨勢在未來若干年還將持續下去，與之相配套的智能交通技術也得到了突飛猛進的發展。如果我們將寬廣的道路比作是計算機的“硬件”的話，那么架設在這些道路上的各種智能交通系統就是運行在計算機硬件上的“軟件”，對于保障行車安全，提高道路的運行效率，加強監管等發揮著越來越重要的作用。并且隨著交通網絡的不斷延伸擴展，智能交通技術的不斷突破，對于這種“軟件”功能的升級視頻監控和識別技術是智能交通系統的重要組成部分，我國很早就開始研究和應用該技術進行交通監控和違障抓拍，并誕生了一大批以應用該技術為主要業務的高科技企業。在這一領域早期由于受到價格及硬件發展水平的限制，攝像機大都選用的是標準視頻相機，而在近五年來，由于大量國產高科技企業的崛起，用戶對圖像清晰度的要求越來越高，標清相機基本淘汰，取而代之的是高清相機，這些相機的某些特征如自動光圈、后焦調整、抗光暈、自動增益、自動白平衡、靈敏度等都與ITS應用的需求非常接近，且其分辨率低、隔行掃描、接口、可編程控制功能也大大增強。這些優勢使得高清相機對車牌的識別率高、抓拍圖像清晰、控制簡單、系統對接簡便等優勢，。據我們了解，在華東、華南沿海地區的智能交通系統中，目前絕大部分采用的都是200萬像素分辨率以上的相機，且以數字相機居多。從技術實現和市場承受能力來說，我國目前已完全具備在智能交通系統中推廣使用高分辨率相機的條件。
[0003]區間測速系統是通過在道路卡點架設攝像機建立監控抓拍系統，對道路卡點監測區域內所通行的車輛進行實時監控、抓拍、以獲取車輛行駛速度、交通流量、車輛的牌照號碼、顏色、物理大概尺寸以及駕駛員特征等信息，再將信息通過傳輸網絡傳輸到公安交通指揮中心和交通控制分中心的數據庫中進行數據存儲、查詢、比對等處理。以便進行集中有效地管理，能為公安部門有效打擊違章超速、肇事逃逸、可疑車輛等各種違法行為提供有效地技術支持。這些信息也可以用于對交通流量的自動分析、統計和用于對違法、違規車輛進行處理的法律依據。
[0004]現在的高清相機在抓拍圖像清晰度、操作簡單、車牌識別、雙碼流視頻輸出等方面已經相當成熟，但是在高清相機智能應用算法的二次開發上，還是進度緩慢，且成效不高。某些增加了智能應用的高清相機操作及其復雜，且與相機基本功能產生沖突，造成相機工作不穩定。
[0005]現在的區間測速功能實現方法，主要是依賴前端攝像機抓拍過車車輛圖片，區間測速主機對多車車輛圖片進行比對，得出結果。這種方式對網絡環境要求較高，在網絡不穩定或者中斷的情況下，穩定性較低；且除了前端高清攝像機還需要針對每一個卡點配置一臺區間測速主機,成本昂貴。
【發明內容】
[0006]為克服上述現有技術的不足，本發明基于區間測速技術，提出了一種使用高清相機的圖像采集系統，抓拍圖像清晰度、操作簡單、車牌識別、雙碼流視頻輸出等基本功能成熟，又能在智能應用中實現區間測速功能。
[0007]本發明提出的技術方案如下:
一種使用高清相機的圖像采集系統，包括控制器、高清相機和圖像數據傳輸卡，其特征在于，所述控制器通過用戶總線接口信號與高清相機連接，控制所述高清相機的工作模式，所述用戶總線接口信號包括EXSYNC、PRIN和BIN，其中:
EXSYNC為觸發幀讀出信號，當EXSYNC固定接低電平時，相機以最大幀速率輸出圖像數據；當EXSYNC正負交替時，它的下降沿觸發幀讀出；
PRIN為像元復位信號，在兩次EXSYNC有效之間復位像元，從而縮短有效曝光時間；PRIN低有效，在其上升沿開始有效曝光，如果PRIN固定接高電平，積分時間最大；如果PRIN被固定接低電平，高清相機收集不到任何圖像信息；
BIN為像元合并信號，用于控制像元合并，BIN信號高有效；
所述高清相機通過數據總線接口與所述圖形采集卡連接，所述圖像數據傳輸卡利用所述數據總線接口信號來實現對所述高清相機的控制及圖像數據的抓取操作，所述數據總線接 口包括 DATA (Tl1、FVAL, LVAL 和 STROBE，其中:
DATA (Tll共12位數據總線，DATA (Tll分別對應某個像元灰度的12位圖像數據； FVAL為幀同步信號，FVAL高電平表明相機正輸出一幀有效數據；
LVAL為行同步信號，當FVAL為高電平時表明所述高清相機正輸出一個有效的像元行，在兩個有效行之間，LVAL會變低跳過幾個無效的像元，跳過的像元數取決于所述高清相機的型號和預觸發設定；
STROBE是圖像數據的像元時鐘，其頻率與數據速率相同，即使數據無效，STROBE仍然連續交變，為了獲得有效的圖像數據，所述圖像數據傳輸卡應在FVAL和LVAL為高電平時，在STROBE的下降沿進行數據鎖存；
其中，當PRIN由低電平向高電平跳變時，相機開始曝光，達到設定的曝光時間后，EXSYNC信號變低，觸發幀讀出，此時所述高清相機首先進行幀轉移，幀轉移一結束，輸出信號FVAL由低變高表示有效的數據幀開始，LVAL由低變高表示相機正輸出有效像元行，當FVAL和LVAL再一次變低時，表示一幀數據輸出結束，可以開始第二次觸發幀讀出；第二次曝光可在第一次幀轉移結束后與第二次幀讀出啟動前這段時間進行，曝光時間在一定范圍內可調。
[0008]本發明的技術效果在于所述圖像數據傳輸卡產生相機工作所需的輸入信號，解譯相機的輸出信號，使高清相機在電控方式下工作并實時、正確地抓取相機輸出的圖像數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的使用高清相機的圖像采集系統的結構圖；
圖2為圖1所示的使用高清相機的圖像采集系統的圖像數據傳輸卡的結構圖。【具體實施方式】
[0010]如圖1所示的使用高清相機的圖像采集系統，包括控制器、高清相機和圖像數據傳輸卡，所述控制器通過用戶總線接口信號與高清相機連接，控制所述高清相機的工作模式，所述用戶總線接口信號包括EXSYNC、PRIN和BIN，其中:
EXSYNC為觸發幀讀出信號，當EXSYNC固定接低電平時，相機以最大幀速率輸出圖像數據；當EXSYNC正負交替時，它的下降沿觸發幀讀出；
PRIN為像元復位信號，在兩次EXSYNC有效之間復位像元，從而縮短有效曝光時間；PRIN低有效，在其上升沿開始有效曝光，如果PRIN固定接高電平，積分時間最大；如果PRIN被固定接低電平，高清相機收集不到任何圖像信息；
BIN為像元合并信號，用于控制像元合并，BIN信號高有效；
所述高清相機通過數據總線接口與所述圖形采集卡連接，所述圖像數據傳輸卡利用所述數據總線接口信號來實現對所述高清相機的控制及圖像數據的抓取操作，所述數據總線接 口包括 DATA 0?11、FVAL、LVAL 和 STROBE，其中:
DATA (Tll共12位數據總線，DATA (Tll分別對應某個像元灰度的12位圖像數據； FVAL為幀同步信號，FVAL高電平表明相機正輸出一幀有效數據；
LVAL為行同步信號，當FVAL為高電平時表明所述高清相機正輸出一個有效的像元行，在兩個有效行之間，LVAL會變低跳過幾個無效的像元，跳過的像元數取決于所述高清相機的型號和預觸發設定；
STROBE是圖像數據的像元時鐘，其頻率與數據速率相同，即使數據無效，STROBE仍然連續交變，為了獲得有效的圖像數據，所述圖像數據傳輸卡應在FVAL和LVAL為高電平時，在STROBE的下降沿進行數據鎖存；
其中，當PRIN由低電平向高電平跳變時，相機開始曝光，達到設定的曝光時間后，EXSYNC信號變低，觸發幀讀出，此時所述高清相機首先進行幀轉移，幀轉移一結束，輸出信號FVAL由低變高表示有效的數據幀開始，LVAL由低變高表示相機正輸出有效像元行，當FVAL和LVAL再一次變低時，表示一幀數據輸出結束，可以開始第二次觸發幀讀出；第二次曝光可在第一次幀轉移結束后與第二次幀讀出啟動前這段時間進行，曝光時間在一定范圍內可調。
[0011]如圖2所述，所述圖像數據傳輸卡包括電荷耦合元件(CXD)傳感器、C⑶驅動電路、CCD輸出保護電路、CCD偏壓電路、CCD信號預處理電路和FPGA ;其中，所述CCD傳感器接收所述高清相機的成像，CCD偏壓電路為CCD傳感器提供必需的偏置電壓，可編程邏輯器件FPGA產生的時序脈沖經過CXD驅動電路對CXD進行控制采集，CXD輸出保護電路可對CXD進行有效地防護保護，CCD信號預處理電路對CCD輸出的帶噪模擬信號進行處理后提供給FPGA。
[0012]所述C⑶傳感器由感光區和存儲區構成，感光區和存儲區都由1072HX1030V個像素組成；在感光區中，每個像素單元在垂直方向上可以看作是被四相柵極時鐘Al、A2、A3、A4覆蓋的相互連接的四個MOS電容器共同組成，它們作為感光區幀轉移控制時鐘；在1024個有效像素行的上面分別分布著6個黑行(Black Lines)，黑行其實就是被遮蔽的不參與光積分的像素行；在水平方向上，每行1072個像素中的有效像素(Active Pixels)為1024個，兩邊分布著2X20個黑像素(Black Pixels)和2X4個過渡像素(Overscan Pixels),黑像素與黑行一樣也是被遮蔽的像素單元，這些單元都不參加光積分，沒有光電荷包產生，其主要作用是對CCD的輸出視頻信號進行預處理時起參考黑電平作用。過渡像素單元的作用主要是在有效像素單元與黑像素單元之間起過渡作用；在存儲區中，每個像素單元在垂直方向上可以看作是被四相柵極時鐘B1、B2、B3、B4覆蓋的相互連接的四個MOS電容器共同組成，它們作為存儲區行轉移時鐘。在存儲區水平方向上分布著兩個串行輸出移位寄存器(Output Register)，寄存器內部并沒有感光單元，只有用來傳輸轉移感光電荷包的遮蔽的轉移單元，每個單元相當于被三相時鐘Cl、C2、C3覆蓋，這些單元都和存儲區的像素單元相互銜接對應。其主要作用是將輸出放大器連接到水平輸出移位寄存器上。
[0013]所述(XD圖像傳感器的工作時序可以分為巾貞轉移時序(Frame timing),行轉移時序(Line timing)和像素讀出時序(Pixel timing)。巾貞轉移時序指(XD將一巾貞圖像轉移輸出的時序，行轉移時序指一行像素在時鐘的驅動下完成從存儲區到水平移位寄存器轉移的時序，像素讀出時序指在一行像素在C時鐘驅動下從水平移位寄存器中逐位水平讀出的時序。所述CCD圖像傳感器的工作過程可分為兩個階段:感光階段和轉移階段。在感光階段，圖像傳感器感光陣列進行電荷積累，存儲區進行向水平移位寄存器的電荷轉移和水平移位寄存器向輸出放大器的電荷輸出；在轉移階段，圖像傳感器主要完成所積累的電荷由感光陣列向存儲區的轉移。
[0014]在感光階段，感光陣列在外界光源的照射下產生電荷，此階段幀轉移控制信號Al、A2、A3、A4不發生變化，感光區和存儲區之間為阻斷態，電荷不發生轉移；而存儲區在此階段處于行轉移狀態并將電荷進行輸出，行轉移的過程分為行正程和行逆程兩個階段。在行逆程階段，SSC為高電平，存儲區內各像素單元的電荷在行轉移信號B1、B2、B3、B4的控制下向水平移位寄存器方向下移一行，像素轉移信號C1、C2、C3不發生變化，圖像傳感器無像素電荷輸出。
[0015]在行正程階段，SSC為低電平，行轉移信號B1、B2、B3、B4不發生變化，水平移位寄存器中的像素電荷在像素轉移信號Cl、C2、C3的控制下逐次經過輸出放大器輸出，每輸出一行信號后，進行一次行轉移。
[0016]在轉移階段，幀轉移控制信號Al、A2、A3、A4與行轉移控制信號B1、B2、B3、B4同時作用，交疊變化，將感光區積累的電荷逐行轉移到存儲區，而在這段時問內像素轉移信號C1、C2、C3不起作用，不向外輸出電荷。完成整個轉移階段后，又再次進入感光階段，如此循環往復來保證圖像傳感器的工作。
[0017]最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解，依然可對本發明的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特征進行等同替換而不脫離本發明技術方案的精神，其均應當涵蓋本發明請求保護的技術方案范圍當中。
【權利要求】
1.一種使用高清相機的圖像采集系統，包括控制器、高清相機和圖像數據傳輸卡，所述控制器通過用戶總線接口信號與高清相機連接，控制所述高清相機的工作模式，所述用戶總線接口信號包括EXSYNC、PRIN和BIN，其中: EXSYNC為觸發幀讀出信號，當EXSYNC固定接低電平時，相機以最大幀速率輸出圖像數據；當EXSYNC正負交替時，它的下降沿觸發幀讀出； PRIN為像元復位信號，在兩次EXSYNC有效之間復位像元，從而縮短有效曝光時間；PRIN低有效，在其上升沿開始有效曝光，如果PRIN固定接高電平，積分時間最大；如果PRIN被固定接低電平，高清相機收集不到任何圖像信息； BIN為像元合并信號，用于控制像元合并，BIN信號高有效； 所述高清相機通過數據總線接口與所述圖形采集卡連接，所述圖像數據傳輸卡利用所述數據總線接口信號來實現對所述高清相機的控制及圖像數據的抓取操作，所述數據總線接 口包括 DATA 0?11、FVAL、LVAL 和 STROBE，其中: DATA (Tll共12位數據總線，DATA (Tll分別對應某個像元灰度的12位圖像數據； FVAL為幀同步信號，FVAL高電平表明相機正輸出一幀有效數據； LVAL為行同步信號，當FVAL為高電平時表明所述高清相機正輸出一個有效的像元行，在兩個有效行之間，LVAL會變低跳過幾個無效的像元，跳過的像元數取決于所述高清相機的型號和預觸發設定； STROBE是圖像數據的像元時鐘，其頻率與數據速率相同，即使數據無效，STROBE仍然連續交變，為了獲得有效的圖像數據，所述圖像數據傳輸卡應在FVAL和LVAL為高電平時，在STROBE的下降沿進行數據鎖存； 其中，當PRIN由低電平向高電平跳變時，相機開始曝光，達到設定的曝光時間后，EXSYNC信號變低，觸發幀讀出，此時所述高清相機首先進行幀轉移，幀轉移一結束，輸出信號FVAL由低變高表示有效的數據幀開始，LVAL由低變高表示相機正輸出有效像元行，當FVAL和LVAL再一次變低時，表示一幀數據輸出結束，可以開始第二次觸發幀讀出；第二次曝光可在第一次幀轉移結束后與第二次幀讀出啟動前這段時間進行，曝光時間在一定范圍內可調。
2.如權利要求1所述的使用高清相機的圖像采集系統，其特征在于，所述圖像數據傳輸卡包括電荷耦合元件(CXD)傳感器、CXD驅動電路、CXD輸出保護電路、CXD偏壓電路、CXD信號預處理電路和FPGA ;其中，所述CCD傳感器接收所述高清相機的成像，CCD偏壓電路為CXD傳感器提供必需的偏置電壓，可編程邏輯器件FPGA產生的時序脈沖經過CXD驅動電路對CCD進行控制采集，CCD輸出保護電路可對CCD進行有效地防護保護，CCD信號預處理電路對CCD輸出的帶噪模擬信號進行處理后提供給FPGA。
3.如權利要求1或2所述的使用高清相機的圖像采集系統，其特征在于，所述CCD傳感器由感光區和存儲區構成。
【文檔編號】H04N7/015GK103957390SQ201410219782
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】陳剛 申請人:江蘇友上科技實業有限公司