[發明專利]一種加速圖像采集和顯示的智能相機

有效

• 申請號: 201911027828.5
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110730304B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 郭坡;柯有勇
• 申請（專利權）人: 北京凱視佳光電設備有限公司
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

一種加速圖像采集和顯示的智能相機，圖像傳感器、FPGA、主處理器，高速存儲器和顯示輸出接口，其中主處理器負責圖形交互控制界面的繪制，以及各項控制參數的下達，FPGA負責圖像傳感器圖的原始圖像數據的采集處理，并根據主處理器的指令，合成原始圖像數據和圖形交互控制界面，并送顯示輸出接口輸出。本發明發揮了FPGA并行處理數據的特點，節省寶貴的ARM主處理器運算資源；集成SOC芯片的共享高速內存，節省大數據量圖像傳輸延時和數據總線帶寬；使采集圖像和用戶交互界面刷新頻率達到60幀/秒以上；自帶顯示接口、相機配置以及調試接口，簡化了系統配置，提升了相機性能，擴大了應用。

技術領域

本發明涉及嵌入式視覺顯示領域，具體的，涉及一種能夠加速圖像采集和顯示的智能相機。

背景技術

嵌入式視覺是指在嵌入式系統中使用計算機視覺技術。具體而言，“嵌入式視覺”是指從視覺輸入中提取出其背后含義的嵌入式系統。嵌入式視覺涉及到兩種技術：嵌入式系統和計算機視覺。嵌入式系統可以是任何基于微處理器的系統，它們完成特定的工作，且隨處可見；計算機視覺則使用數字處理和智能算法去理解圖像或者視頻，它是一個已經被研究很久，但仍然方興未艾的領域。嵌入式視覺有望在今后得到廣泛應用。

智能相機(Smart Camera)是一種高度集成化的微小型機器視覺系統。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現的機器視覺解決方案。

現有的智能相機的一個技術難點在于對圖像的處理，現有技術主要有兩種處理方式。CPU直接處理顯示和網絡端處理顯示。

現有技術一：CPU直接處理顯示。在該方式中，處理器先通過外設接口如千兆網，USB以及采集卡等采集圖像數據，然后用處理器對采集圖像數據的裁剪、疊加、縮放等處理，處理器同時進行用戶操作交互界面的繪制，最后CPU將所采集的圖像與用戶操作交互界面進行合成后，將圖像輸出到顯示設備，圖像的采集、處理、顯示等操作都是由CPU完成。對于目前的臺式機而言，主處理器性能非常強悍，而且都帶顯示GPU，這些操作不是負擔，但是相對集成度高和功耗要求高的嵌入式設計，采集、顯示就是非常重的負擔，大大拖累系統性能，用戶界面和圖像采集性能很差，圖像顯示輸出延時大，刷新不及時，對應現在高實時性要求復雜的應用無法滿足要求。

現有技術二：網絡端處理顯示。在該方式中，相機內部處理器負責圖像數據采集，相機內部啟用遠程網絡服務，用于輸入調整參數的用戶操作交互界面位于遠程服務器，用戶在遠端通過網絡查看圖像和相機運行狀態。此方法可以省略相機端的顯示接口，簡化相機軟硬件設計。但在該方案中，相機端需要開啟網絡服務，占用CPU資源，另外也需要占用網絡傳輸帶寬資源，由于網絡傳輸帶寬的限制，對于高速高分辨率的圖像畫面無法實現實時需求。

因此如何解決在嵌入式系統中，智能相機圖像傳感器圖像顯示輸出延時大，刷新不及時，顯示界面和圖像采集不同步，達不到監控智能相機處理流程和結果的目的，避免圖像顯示輸出占用處理器過多的運算資源，提高智能相機的性能成為現有技術亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種加速圖像采集和顯示的智能相機，圖像處理的高速性和顯示的實時性，節省處理器資源。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種加速圖像采集和顯示的智能相機，其特征在于，包括：

圖像傳感器，用于采集各類原始圖像，并傳送到FPGA中；

FPGA，用于通過圖像傳感器采集各類原始圖像，經過處理后，將圖像數據存儲到高速存儲器中，并發送中斷信號通知主處理器，當收到主處理器的啟動圖像顯示的指令后，從高速存儲器中讀取原始圖像數據及主處理器產生的用戶交互界面數據，根據主處理器設定的參數對這兩副圖像進行裁剪、縮放和疊加，最后通過顯示輸出接口輸出；