一種用戶可定制相機及其通用相機系統的制作方法
【專利摘要】一種用戶可定制相機及其通用相機系統，該用戶可定制相機包括相機外殼、通用相機系統和鏡頭，所述通過相機系統安裝在所述相機外殼內，所述鏡頭安裝在所述相機外殼上，所述鏡頭與所述通用相機系統連接，該通用相機系統包括：圖像傳感器模塊，用于接收外界同時輸入的多路圖像數據并生成圖像數據信號，所述多路圖像數據包括可見光圖像源、微光圖像源和/或紅外熱圖像源；通用處理器模塊，與所述圖像傳感器模塊連接，用于采集所述圖像傳感器模塊生成的圖像數據信號并對所述圖像數據信號進行處理；以及接口通用模塊，與所述通用處理器模塊連接，采用可編程邏輯器件FPGA配置，用于滿足對各種外設接口的需求。
【專利說明】一種用戶可定制相機及其通用相機系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種視頻圖像系統，特別是一種用戶可定制相機及其通用相機系統。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著半導體技術的飛速發展，各種高性能的圖像傳感器層出不窮，鑒于全球安防監控中工業監控行業的巨大市場需求，各大相機廠商都紛紛推出各種功能定位和產品形態的相機系統，以此來滿足客戶各式各樣的需求。目前市面上主流的相機系統，按照圖像傳感器的類型劃分有CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor互補金屬氧化物半導體)型相機系統,CO)(Charge Coupled Device電荷稱合器件)型相機系統，以及紅外熱像中用到的短波中波長波紅外傳感器系統等；按照相機輸出接口形式劃分有SDI (串行數字接口)數字相機，網絡IPC相機等；按照相機外觀結構劃分有槍型攝像機，球型攝像機，筒形攝像機等；相機系統各式各樣，種類繁多不勝枚舉。各大相機廠商需要設計出各種功能和形態的相機系統來滿足不同客戶的不同需求，盡管如此，也難以覆蓋不同客戶群體的個性化需求。
[0003]目前常見的相機系統主要存在如下幾方面的問題:
[0004]I)硬件平臺固定，往往在產品定性后其功能就定死，無法滿足硬件的二次開發，遇到更復雜的圖像處理任務時，需要重新設計處理器硬件平臺；
[0005]2)相機成像波段固定、單一，往往是可見光、微光、紅外或紫外相機中的一種，無法兼容各種波段圖像源的并行采集；
[0006]3)相機外設接口種類有限，往往一款相機產品的對外輸入輸出接口十分有限，當用戶遇到新的接口需求時需要重新改變相機硬件平臺。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種能滿足多種需求的用戶可定制相機及其通用相機系統，以解決現有技術中存在的上述問題。
[0008]為了實現上述目的，本發明提供了一種用戶可定制相機的通用相機系統，其中，包括:
[0009]多個圖像傳感器模塊，用于分別接收多個不同相機鏡頭同時輸入的多路圖像數據并分別生成對應的圖像數據信號，所述多路圖像數據包括可見光圖像源、微光圖像源和/或紅外熱圖像源；
[0010]通用處理器模塊，分別與所述多個圖像傳感器模塊連接，用于采集所述多個圖像傳感器模塊各自生成的圖像數據信號并對所述圖像數據信號進行處理；以及
[0011]接口通用模塊，與所述通用處理器模塊連接，采用可編程邏輯器件FPGA配置，用于滿足對各種外設模塊的需求。所述接口通用模塊優選通過兩路485通信模塊與所述FPGA處理器單元連接。
[0012]上述的通用相機系統，其中，所述通用處理器模塊包括:
[0013]FPGA處理器單元，通過多個數據接口與所述圖像傳感器模塊連接，用于對所述圖像數據信號的預處理，實現所述圖像數據信號的緩存與再分配；
[0014]主處理器單元，與所述FPGA處理器單元連接，用于接收FPGA處理器單元傳輸過來的圖像數據信號，并對所述圖像數據信號進行處理，同時用于對各種外設的控制，所述主處理器單元上設置有多個外設接口，用于滿足多種外設需求。
[0015]上述的通用相機系統，其中，所述主處理器單元為DSP處理器、ARM處理器或FPGA處理器。
[0016]上述的通用相機系統，其中，所述接口通用模塊通過兩路485通信模塊與所述FPGA處理器單元連接。
[0017]上述的通用相機系統，其中，所述多路圖像數據包括CXD型、CMOS型和標準圖像型，所述FPGA處理器單元的多個數據接口包括CXD數據接口、CM0S數據接口和標準圖像數據接口。
[0018]上述的通用相機系統，其中，所述CXD數據接口通過前置放大電路和ADC模擬數字轉換器與所述FPGA處理器單元連接，所述CMOS數據接口與所述FPGA處理器單元直接連接，所述標準圖像數據接口通過ASIC芯片與所述FPGA處理器單元連接。
[0019]上述的通用相機系統，其中，所述接口通用模塊上設置有音頻接口、RJ45接口、視頻顯示口、以太網口、光網絡口、多路步進電機控制口、紅外燈激光燈控制口、風扇控制電路接口、制冷控制電路接口、制熱控制電路接口和/或RS485接口。
[0020]上述的通用相機系統，其中，所述圖像傳感器模塊、通用處理器模塊和所述接口通用模塊為同樣尺寸，所述圖像傳感器模塊、通用處理器模塊和所述接口通用模塊之間為線纜連接，以實現各模塊之間的柔性互連，方便組裝成槍機相機或球機相機。
[0021]上述的通用相機系統，其中，還包括:
[0022]個性化定制模塊，與所述主處理器單元連接，該模塊為可選模塊，當任務需要功能和處理性能更加強大的處理器時，用于擴展主處理的處理能力，在通用處理器模塊上預留了與所述個性化定制模塊的通信接口，所述個性化定制模塊可由用戶根據擴展功能的需要自己設置。
[0023]為了更好地實現上述目的，本發明還提供了一種用戶可定制相機，包括相機外殼、通用相機系統和鏡頭，所述通過相機系統安裝在所述相機外殼內，所述鏡頭安裝在所述相機外殼上，所述鏡頭與所述通用相機系統連接，其中，所述通用相機系統為上述的通用相機系統。
[0024]本發明的技術效果在于:
[0025]本發明可根據不同客戶需求來定制不同功能的硬件平臺，實現了硬件接口通用化，既可以快速搭建相機硬件平臺，供軟件人員完成個性化的軟件調試，縮短產品開發周期；也可以由相機用戶直接應用。
[0026]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明一實施例的通用相機系統結構框圖；
[0028]圖2為本發明一實施例的通用處理器模塊結構框圖；
[0029]圖3為本發明一實施例的接口通用模塊結構框圖。
[0030]其中，附圖標記
[0031]10鏡頭
[0032]20圖像傳感器模塊
[0033]30通用處理器模塊
[0034]301前置放大電路模塊
[0035]302ADC模擬數字變換模塊
[0036]303DDR = Double Data Rate雙倍速率同步動態隨機存儲器
[0037]304ASIC 芯片
[0038]305485通信模塊
[0039]306FPGA處理器單元
[0040]307個性化定制模塊接口
[0041]308主處理器單元
[0042]309外設接口模塊
[0043]310CCD 數據接口
[0044]311CMOS 數據接口
[0045]312標準圖像數據接口
[0046]40接口通用模塊
[0047]41FPGA 模塊
[0048]44外設模塊
[0049]45對外擴展口
[0050]50個性化定制模塊
【具體實施方式】
[0051]下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述:
[0052]本發明的用戶可定制相機，包括相機外殼、通用相機系統和鏡頭10，所述通過相機系統安裝在所述相機外殼內，所述鏡頭10安裝在所述相機外殼上，所述鏡頭10與所述通用相機系統連接，因該相機其他部分的組成、結構、相互位置關系及連接關系以及功用等均為較成熟的現有技術，故在此不作贅述，下面僅對本發明的通用相機系統予以詳細說明。
[0053]參見圖1，圖1為本發明一實施例的通用相機系統結構框圖(圖示為三路輸入，但不以此為限)。本發明的通用相機系統，包括:
[0054]多個圖像傳感器模塊20，用于分別接收多個不同相機鏡頭10收集的光線，并分別生成對應的圖像數據信號，完成前端圖像生成，所述多個圖像傳感器模塊20可以分別是各種波段的傳感器類型。因此其分別所生成的圖像種類可以多種多樣，主要包括可見光圖像源、微光圖像源和/或紅外熱圖像源，多個圖像傳感器模塊20根據各自所采用的傳感器芯片的不同，其接口形式可以各種各樣，但是主要有兩種類型:一種是CCD型，輸出數據為模擬信號，需要經過模擬-數字轉換；一種為CMOS型，輸出數據為數字信號，不需要經過轉換，直接輸出數字信號。
[0055]通用處理器模塊30，分別與所述多個圖像傳感器模塊20連接，用于采集所述多個圖像傳感器模塊20各自生成的圖像數據信號并對所述圖像數據信號進行處理，能適應各種圖像采集模塊接口，包括數字或者模擬輸入接口，以及符合行業規范的各種標準圖像格式。
[0056]接口通用模塊40，與所述通用處理器模塊30連接，采用可編程邏輯器件FPGA模塊41配置，用于滿足對各種外設模塊44的需求，用戶可以根據應用需求來選擇性的配置硬件模塊。參見圖3，圖3為本發明一實施例的接口通用模塊40結構框圖。所述接口通用模塊40上可根據需要設置相機系統中常用接口，例如音頻接口、RJ45接口、串口、視頻顯示口、以太網口、光網絡口、多路步進電機控制口、紅外燈激光燈控制口、風扇控制電路接口、制冷控制電路接口、制熱控制電路接口和/或RS485接口。其中，所述FPGA模塊41完成用戶所需各種時序邏輯生成。可編程邏輯器件FPGA內部具備豐富的IP核，用戶可以根據需要直接調用，或者用戶自己采用FPGA芯片開發工具自己開發所需的控制時序，完成外設的控制，十分靈活方便。
[0057]特別的，所述接口通用模塊40還可設置一個對外擴展口 45，直接與FPGA模塊41連接，對外擴展口 45可以實現更多更復雜的外設控制。因為可編程邏輯器件FPGA可以根據用戶需要開發成各種功能的控制器，比專用ASIC芯片具有更強的通用性，對外擴展口 45直接從FPGA芯片管腳連接到對外擴展的連接器，當用戶需要再增添其他外設時可以連接到45模塊進行開發控制。
[0058]參見圖2，圖2為本發明一實施例的通用處理器模塊30結構框圖。本實施例中，所述通用處理器模塊30是整個通用相機系統的核心，所述通用處理器模塊30包括:
[0059]FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)處理器單兀 306,通過多個數據接口分別與所述多個圖像傳感器模塊20連接，所述多個圖像傳感器模塊20可以是各種類型的圖像傳感器，例如可見光圖像源、微光圖像源和/或紅外熱圖像源，本發明對此不做限定。本實施例中，該通用處理器模塊30最大可支持六路圖像通道同時采集輸入，支持三種圖像格式，每種格式支持兩路輸入，一共六路。FPGA模塊306用于對所述圖像數據信號的預處理，實現所述圖像數據信號的緩存與再分配；其中，所述多路圖像數據包括CXD型、CMOS型和標準圖像型，所述FPGA處理器單元306的多個數據接口包括CXD數據接口 310、CMOS數據接口 311和標準圖像數據接口 312。本實施例中，所述C⑶數據接口 310通過前置放大電路和ADC模擬數字轉換器與所述FPGA處理器單元306連接，所述CMOS數據接口 311與所述FPGA處理器單元306直接連接，所述標準圖像數據接口 312通過ASIC芯片304與所述FPGA處理器單元306連接。
[0060]主處理器單元308，與所述FPGA處理器單元306連接，用于接收FPGA模塊傳輸過來的圖像數據，并對圖像數據進行處理，主處理器同時負責各種外設的控制，所述主處理器單元308上設置有多個外設接口，用于滿足多種外設需求。其中，所述主處理器單元308 優選為 DSP (digital signal processing 數字信號處理)處理器、ARM (Advanced RISCMachines)處理器或FPGA處理器。為了適應不同用戶的不同需求，可根據用戶具體需求來定制硬件平臺，例如FPGA+FPGA模式、FPGA+DSP模式、FPGA+ARM模式等，不同的模式采用同樣的對外接口，因此不存在與其他板卡的連接問題。每種平臺根據處理器的不同，各自具備不同的優勢特點:
[0061]FPGA處理器因其并行處理能力和靈活的時序配置能力是一種通用化設計方案的理想選擇；DSP處理器適合于實現復雜的算法功能。ARM處理器可以運行各種嵌入式操作系統，適合于各種外設控制和多媒體應用等。所述主處理器單元308具備多個外設接口模塊309，如圖2所示。
[0062]所述通用處理器模塊30中數據傳輸路徑為:前端圖像傳感器模塊20輸出圖像數據信號到所述通用處理器模塊30的輸入接口模塊，分別為CCD數據接口 310、CMOS數據接口 311和標準圖像數據接口 312。針對多路視頻輸入需求，所述通用處理器模塊30的CXD數據接口 310、CMOS數據接口 311和標準圖像數據接口 312均采用雙通道輸入。
[0063]CXD型圖像源一般為模擬視頻信號，所述CXD數據接口 310提供圖像信號差分對輸入、單端輸入和行場同步信號輸入等模式。所述CCD數據接口 310輸入的模擬信號首先經過前置放大電路模塊301的緩沖，然后傳輸給ADC模擬數字變換模塊302，所述ADC模擬數字變換模塊302優選采用14bit (位)轉換精度的轉換器，能夠滿足一般情況下的相機系統對量化精度的要求。經過ADC模擬數字變換模塊302的轉換輸出14bit位寬的數字信號，傳輸到FPGA處理器單元306，一般ADC模擬數字變換模塊302需要通過SPI (SerialPeripheral interface 串行外設接口 )或者 I2C(Inter — Integrated Circuit 兩線式串行總線)口配置，所述FPGA處理器單元306可以靈活實現該功能。
[0064]CMOS型圖像源一般為數字視頻信號，無需所述CXD型圖像源的前置放大電路模塊301和ADC模擬數字變換模塊302，所述CMOS數據接口 311輸入數字信號直接輸出到FPGA處理器單元306。
[0065]標準圖像數據接口 312輸入信號一般為滿足行業規范的模擬信號，可采用專用的ASIC (Applicat1n Specific Integrated Circuit 專用集成電路)芯片 304 實現視頻的提取和ADC數字模擬轉換。標準視頻源經過專用ASIC芯片304的處理輸出到FPGA處理器單元 306。
[0066]所述FPGA處理器單元306在該通用處理器模塊30中起到多路圖像數據、控制數據的緩存和再分配作用。利用FPGA處理器的并行執行特性來控制各式各樣圖像源的輸入，是一個高靈活度高性價比的方案。進一步的，所述FPGA處理器單元306還可完成輸入圖像數據的預處理，例如彩色圖像的色彩恢復、直方圖均衡化及伽馬校正等處理，可分擔部分主處理器單元308的任務。
[0067]為了滿足不同的外設需求，在所述FPGA處理器單元306設置了兩路485通信模塊305，該兩路485通信模塊305分別與接口通用模塊40中的FPGA模塊41相連，可實現更多的外設功能。
[0068]本發明的所述圖像傳感器模塊20、通用處理器模塊30和所述接口通用模塊40為同樣尺寸大小，方便組裝。每塊單模塊即所述圖像傳感器模塊20、通用處理器模塊30和所述接口通用模塊40之間為線纜連接而非插針連接，以實現各模塊之間的柔性互連，方便組裝成槍機相機或球機相機。
[0069]本實施例中，該通用相機系統還可包括:
[0070]個性化定制模塊50，與所述主處理器單元308連接，用于擴展主處理能力，因此在通用處理器模塊30上面預留了與個性化定制模塊50的通信接口。是對通用處理器模塊30的補充，以此實現更復雜的功能，該模塊是可選模塊，由用戶根據自己的需要來選用。為了滿足用戶不同的應用需求，個性化定制模塊50主要完成用戶所需的特定功能，例如圖像的壓縮編解碼、圖像的智能應用(人臉識別，車牌識別等)、低信噪比圖像(紅外熱圖像，微光圖像等)的ISP(image signal processor圖像信號處理)等。個性化定制板的功能實現可以采用兩種方式，一是用戶采用DSP、FPGA等可編程邏輯器件實現，或者采用專用的芯片ASIC實現，該功能板只在用戶需要時才存在，并且與用戶自身的需求有關。
[0071]工作時，外界光線通過鏡頭10 (定焦，手動調焦，電動調焦均可)聚焦到圖像傳感器模塊20的靶面，產生圖像數據信號，圖像數據信號傳給通用處理器模塊30，通用處理器模塊30將圖像數據信號進行處理，同時控制外圍設備，在通用處理器模塊30上設置有多個接口模塊，例如可以通過個性化定制模塊接口 307與個性化定制模塊50連接，通用處理器模塊30上連接DDR(DoubIe Data Rate雙倍速率同步動態隨機存儲器)303，用于緩存圖像數據，滿足用戶的不同需求。圖像傳感器模塊20和個性化定制模塊50可以由用戶自己設置。
[0072]本發明大量地采用可編程邏輯器件FPGA模塊，實現相機系統的通用化設置，豐富的擴展接口可提高相機系統的處理能力，可定制的設置實現了系統性能與成本之間的平衡。再配備一款合適的鏡頭和外殼以及部分固定結構用的結構件即可快速安裝出一臺可定制相機，極大地縮短了相機開發的周期，各核心電路模塊采用小尺寸設計，盡量減小模塊的面積，為適應各種相機外殼留出足夠的空間，且充分考慮到各模塊結構上的安裝和散熱問題。
[0073]當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用戶可定制相機的通用相機系統，其特征在于，包括: 多個圖像傳感器模塊，用于分別接收多個不同相機鏡頭同時輸入的多路圖像數據并分別生成對應的圖像數據信號，所述多路圖像數據包括可見光圖像源、微光圖像源和/或紅外熱圖像源； 通用處理器模塊，分別與所述多個圖像傳感器模塊連接，用于采集所述多個圖像傳感器模塊各自生成的圖像數據信號并對所述圖像數據信號進行處理；以及 接口通用模塊，與所述通用處理器模塊連接，采用可編程邏輯器件FPGA配置，用于滿足對各種外設模塊的需求。
2.根據權利要求1所述的通用相機系統，其特征在于，所述通用處理器模塊包括: FPGA處理器單元，通過多個數據接口與所述圖像傳感器模塊連接，用于對所述圖像數據信號的預處理，實現所述圖像數據信號的緩存與再分配； 主處理器單元，與所述FPGA處理器單元連接，用于接收所述FPGA處理器單元傳輸過來的圖像數據信號，并對所述圖像數據信號進行處理，所述主處理器單元上設置有多個外設接口，用于滿足多種外設需求，所述主處理器單元同時用于對所述多種外設的控制。
3.根據權利要求2所述的通用相機系統，其特征在于，所述主處理器單元為DSP處理器、ARM處理器或FPGA處理器。
4.根據權利要求2或3所述的通用相機系統，其特征在于，所述接口通用模塊通過兩路485通信模塊與所述FPGA處理器單元連接。
5.根據權利要求4所述的通用相機系統，其特征在于，所述多路圖像數據包括CCD型、CMOS型和標準圖像型，所述FPGA處理器單元的多個數據接口包括CXD數據接口、CM0S數據接口和標準圖像數據接口。
6.根據權利要求5中所述的通用相機系統，其特征在于，所述CCD數據接口通過前置放大電路和ADC模擬數字轉換器與所述FPGA處理器單元連接，所述CMOS數據接口與所述FPGA處理器單元直接連接，所述標準圖像數據接口通過ASIC芯片與所述FPGA處理器單元連接。
7.根據權利要求1、2、3、5或6中所述的通用相機系統，其特征在于，所述接口通用模塊上設置有音頻接口、RJ45接口、視頻顯示口、以太網口、光網絡口、多路步進電機控制口、紅外燈激光燈控制口、風扇控制電路接口、制冷控制電路接口、制熱控制電路接口和/或RS485 接口。
8.根據權利要求1、2、3、5或6中所述的通用相機系統，其特征在于，所述圖像傳感器模塊、通用處理器模塊和所述接口通用模塊為同樣尺寸，所述圖像傳感器模塊、通用處理器模塊和所述接口通用模塊之間為線纜連接，以實現各模塊之間的柔性互連，方便組裝成槍機相機或球機相機。
9.根據權利要求2、3、5或6中所述的通用相機系統，其特征在于，還包括: 個性化定制模塊，與所述主處理器單元連接，用于擴展所述通用處理器模塊的處理能力。
10.一種用戶可定制相機，包括相機外殼、通用相機系統和鏡頭，所述通過相機系統安裝在所述相機外殼內，所述鏡頭安裝在所述相機外殼上，所述鏡頭與所述通用相機系統連接，其特征在于，所述通用相機系統為上述權利要求1-9中任意一項所述的通用相機系統。
【文檔編號】H04N5/225GK104135601SQ201410344975
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】劉攀, 蘇威積, 林秀春, 裴彥杰, 肖鵬, 鐘松延, 張力, 鄧超, 黃敏君, 杜麗, 孟飛, 董一伯, 董博, 趙薇, 牛坤, 張健, 劉雨睿, 王東東, 張春杰, 黃傳鶴 申請人:北京計算機技術及應用研究所, 北京航天愛威電子技術有限公司