CN100420274C - 一种摄像头和数据处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摄像头，其包括用于采集图像信号的图像传感器、微控制器、图像传感器接口模块、图像处理模块和USB总线模块，所述图像处理模块通过图像传感器接口模块接收所述图像传感器采集的图像数据，并对其进行处理，所述微控制器发送控制信号给所述的图像传感器接口模块和图像处理模块，所述USB总线模块接收图像处理模块发送的图像数据并将其输出，其中，所述摄像头还包括与图像处理模块相连图像识别模块，其用于对图像处理模块处理后的图像数据进行预定物体识别并对预定物体进行运动检测，根据图像识别模块检测出的预定物体的运动矢量来重新配置图像传感器的像素阵列寄存器，以控制图像传感器的实际成像区域，从而节省了系统资源。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种带有特定部分自动跟踪功能的摄像头和数据处理装置的设计方案。
背景技术
目前，在图像处理领域中，传统的摄像头只能输出固定位置的图像，即图像的空间边界是固定的；而如果加入可在一定范围内摆动的机械装置，则涉及到电信号到机械信号的变换，不但控制变得复杂，整体系统实现的成本也会提高不少。随着百万像素图像传感器的出现，这种问题越来越突出。
摄像头一般应用于网络视频上，由于带宽的限制，因此通常VGA的尺寸大小就可以满足用户的需求。对于拥有百万像素并且其输出像素阵列可以控制的传感器的摄像头，如果用户在使用过程中主要关心特定部分，当该特定部分的位置发生变动时，就希望通过调整传感器实际输出像素阵列的位置来使该特定位置处于图像的中间位置。这样就产生了一种需求，希望有一种可以自动调节输出像素阵列的摄像头，可以根据用户的需要，灵活地调整摄像头输出。
发明内容
本发明提供一种可以灵活地调整输出图像的摄像头及数据处理装置，用以解决现有技术中存在的摄像头只能输出固定位置的问题。
根据本发明的一方面，本发明提供的摄像头包括图像传感器、微控制器、图像传感器接口模块、图像处理模块和USB总线模块，所述图像传感器用于采集图像信号；所述的图像传感器接口模块接收所述图像传感器采集的图像数据，并将图像数据传送给图像处理模块或USB总线模块；所述图像处理模块用于对接收到的图像数据进行处理；所述微控制器发送控制信号给所述的图像传感器接口模块和图像处理模块；所述USB总线模块接收图像传感器接口模块或图像处理模块发送的图像数据并将其输出；其中：所述摄像头还包括与图像处理模块相连图像识别模块，其用于对图像处理模块处理后的图像数据进行预定物体识别并对预定物体进行运动检测，所述图像传感器包括有决定其实际成像区域的像素阵列寄存器，根据图像识别模块检测出的预定物体的运动矢量来重新配置图像传感器的像素阵列寄存器，以控制图像传感器的实际成像区域。
进一步的，所述的图像识别模块为人脸识别模块，所述的人脸识别模块上，加载有人脸识别程序。
进一步的，摄像头还包括图像压缩模块，其接收图像处理模块发送的图像数据，并将所述的图像数据压缩后处理后，经USB总线模块输出。
进一步的，所述特定物体识别模块为移动物体识别模块，所述的移动物体识别模块上，加载有移动物体识别程序。
进一步的，图像识别模块通过检测预定物体中心点的移动矢量来确定预定物的移动矢量。
根据本发明的另一方面，本发明的数据处理装置，其用于控制外部图像摄取设备以及对外部图像摄取设备摄取的图像数据进行处理，其包括微控制器、图像传感器接口模块、图像处理模块和USB总线模块，所述的图像传感器接口模块接收外部摄取设备采集的图像数据，并将图像数据传送给图像处理模块或USB总线模块；所述图像处理模块用于对接收到的图像数据进行处理并将处理后的图像数据传送给USB总线模块；所述微控制器发送控制信号给所述的图像传感器接口模块和图像处理模块；所述USB总线模块接收图像传感器接口模块或图像处理模块发送的图像数据并将其输出；其中所述数据处理装置还包括与图像处理模块相连图像识别模块，其用于对图像处理模块处理后的图像数据进行预定物体识别并对预定物体进行运动检测，根据图像识别模块检测出的预定物体的运动矢量来控制外部图像摄取设别的实际成像区域。
进一步的，所述图像识别模块为人脸识别模块，所述的人脸识别模块上，加载有人脸识别程序。
进一步的，所述图像识别模块通过检测预定物体中心点的移动矢量来确定预定物的移动矢量。
进一步的，所述特定物体识别模块为移动物体识别模块，所述的移动物体识别模块上，加载有移动物体识别程序。
进一步的，还包括图像压缩模块，其接收图像处理模块发送的图像数据，并将所述的图像数据压缩后处理后，经USB总线模块输出。
通过本发明的技术方案，摄像头能智能地跟踪用户需要输出部分图像的移动，始终将用户需要输出部分图像设置在屏幕的中央，节省了系统资源。同时，该种摄像头装置可以根据用户的需要，灵活地设置屏幕显示内容，大大增强了摄像头的功能。
附图说明
图1为本发明图像传感器有效像素阵列与实际输出像素阵列示意图；
图2为本发明设计的摄像头的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，是图像传感器有效像素阵列(也可称之为最大输出像素阵列)与实际输出像素阵列(也可以称之为实际成像区域)示意图，图1中给出的图像传感器的有效像素阵列要大于图像传感器的实际输出像素阵列，清楚地显示了图像传感器有效像素阵列与实际输出像素阵列的对应关系。在图像传感器实际应用中，一般使用时摄像头输出的实际像素阵列只是图像传感器有效像素阵列的一部分。例如图像传感器的最大输出像素阵列是1280×1024，而用户只关心其中的640×480中的部分。对于超出的部分，实际上用户并不关心，该部分的有效像素实际上就可以节省下来。本发明就是基于上述思想，提出一种新的摄像头结构。
如图2所示，是本发明摄像头的结构示意图，从图中可见，本发明的摄像头包括图像传感器100和数据处理装置200。
所述图像传感器100用于将光电信号转换为数字图像并将图像数据传送给所述数据处理装置200，其具有一定数目的有效像素，比如1280×1024或1024×768等。所述图像传感器100包括有决定其实际输出像素阵列的像素阵列寄存器。在一个实施例中，如果需要实际输出像素阵列为640×480，则对像素阵列寄存器进行相应配置已得到640×480的实际输出像素阵列，另外，需要改变实际输出像素阵列的位置，如图1所示的那样，则需要重新配置像素阵列寄存器的数值，也就是说，可以通过配置像素阵列寄存器来随意移动实际输出像素阵列(实际成像区域)的位置。
所述数据处理装置200包括图像传感器接口模块10、图像处理模块20、图像压缩模块30、微控制器40、USB总线模块60。
所述图像传感器接口模块10根据自己内部产生或图像传感器产生的水平和垂直方向同步信号对图像传感器100的图像数据进行采集。所述图像传感器接口模块采集的数据可以直接送到USB(universal serial bus)总线模块，然后传到个人电脑(personal computer)上；也可以经过图像处理模块20进行一些图像处理，然后再通过USB总线模块60传到PC上。图像传感器接口模块与图像传感器之间的通讯可以是串行通讯方式。
所述图像处理模块20接收图像传感器接口模块10发送的图像数据，并对图像进行放大、缩小、增益调节、颜色处理等相关操作。
对于网络应用而言，由于带宽很宝贵，经过图像处理之后数据一般来说还要经过压缩再经过USB总线模块传给PC。因此，本发明提供的数据处理装置200配置有图像压缩模块30，其用于对图像处理模块20处理后的数据进行压缩处理，将压缩后的数据通过USB总线模块传到PC上，这样，减少图像数据所占用的空间，以有效降低传输数据量。
所述微控制器40并通过设定其它模块的寄存器决定是否进行图像处理和压缩以及图像处理和压缩的各种控制参数寄存器，从而达到用户对图像质量的要求。它还可以接受各个模块在运行某种功能时反馈回来的中断并对该中断进行相应的处理。
本发明数据处理装置200还包括有图像识别模块50，其加载有相应的识别程序和算法。所述图像识别模块用于对图像传感器摄取图像中的预定物体进行识别并对预定物体进行运动检测，根据该预定物体的移动矢量，通过图像传感器接口模块10去重新配置图像传感器100的像素阵列寄存器以动态控制图像传感器的成像区域，也就是说，根据该预定物体的移动来动态控制图像传感器的实际输出像素阵列的位置。
在一个实施例中，所述图像识别模块50中加载的是人脸识别程序和算法，此时也可以称图像识别模块50为人脸识别模块。所述人脸识别模块50识别图像传感器100的摄取图像中的人脸并判断人脸的移动，并根据人脸移动矢量通过图像传感器接口模块10去配置图像传感器100的像素阵列寄存器以动态控制图像传感器的成像区域，从而实现输出图像对人脸的动态跟踪。
还是采用前面描述的例子，例如图像传感器的最大输出像素阵列是1280×1024，而用户只关心其中的640×480中的人像部分。图像传感器的实际输出像素阵列可以通过像素阵列寄存器来控制，比如像素阵列寄存器有四个参数(x1，x2，y1，y2)，只要x2-x1＝640且y2-y1＝480就可以满足用户的要求。当人脸识别模块50检测到人脸部分的中心位置发生变动，根据移动的位置矢量，相应地调整x1，x2，y1和y2寄存器。当人脸部分在某一方向上超出图像传感器最大像素阵列范围内时，实际输出像素阵列位置在此方向上不在变化，请参考图1，比如人脸部分在左侧超出了图像传感器最大像素阵列范围内，如果人脸还向左边移动，那么不改变实际输出像素阵列位置，如果人脸向上或向右移动，那么还要根据移动矢量改变实际输出像素阵列位置。
根据人脸的特征，眼睛一般是成对出现，因此可以通过探测在视频流中的一帧中是否有一对眼睛的出现，并以将眉心位置(x，y)作为人脸部分的中心位置，把此作为人脸的参照坐标。配置图像识别模块50的寄存器以为其设定探测周期，其决定了多少帧进行一次这样的人脸识别。当(x，y)的值偏离预先设定的(x0，y0)的区域，该图像识别模块50计算出当前(x，y)和(x0，y0)的差值，把该差值加入到图像传感器100当前实际输出像素阵列的坐标上。如果计算的坐标值没有超出图像传感器100最大的像素阵列的范围，则向微控制器40发出中断请求把计算出来的值对图像传感器100的像素阵列寄存器进行配置，否则不进行处理。在配置过程完成后，(x0，y0)更新为当前的(x，y)。图像传感器100在向外输出每一帧图的时候，要查询一下其输出图像区域寄存器并根据其输出相应大小及位置的图像。当发现区域寄存器改变后，图像传感器将根据新的像素阵列寄存器(即场同步，帧同步起始和结束寄存器)的坐标值输出图像。
该摄像头还可以应用于其它运动的物体，例如运动员的跑步跟踪等。图像(人脸)识别模块可以通过探测两比较帧之间的变化部分(即运动中的运动员)，对发生运动的部分统计出一个参照点(x，y)。将该参照点与预先设计或者当前的参照点的坐标(x0，y0)进行比较，从而计算出运动物体的运动矢量。在满足运动矢量发生在图像传感器有效范围的条件下，图像(人脸)识别模块将向微控制器发出中断请求。接受到中断后，微控制器读取运动矢量，把图像传感器的区域寄存器的原值加上运动矢量算出新值，然后通过图像传感器接口把新值写到图像传感器的区域寄存器，从而实现对运动物体的追踪。
对于其他特定部分识别，道理与人脸识别相同，只要选取了特定的参照部分，都可以该方法来实现。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1. 一种摄像头，包括图像传感器、微控制器、图像传感器接口模块、图像处理模块和USB总线模块，
所述图像传感器用于采集图像信号；
所述的图像传感器接口模块接收所述图像传感器采集的图像数据，并将图像数据传送给图像处理模块或USB总线模块；
所述图像处理模块用于对接收到的图像数据进行处理；
所述微控制器发送控制信号给所述的图像传感器接口模块和图像处理模块；
所述USB总线模块接收图像传感器接口模块或图像处理模块发送的图像数据并将其输出；其特征在于：
所述摄像头还包括与图像处理模块相连的图像识别模块，其用于对图像处理模块处理后的图像数据进行预定物体识别并对预定物体进行运动检测，所述图像传感器包括有决定其实际成像区域的像素阵列寄存器，根据图像识别模块检测出的预定物体的运动矢量来重新配置图像传感器的像素阵列寄存器，以控制图像传感器的实际成像区域。
2. 如权利要求1所述的摄像头，其特征在于，所述的图像识别模块为人脸识别模块，所述的人脸识别模块上，加载有人脸识别程序。
3. 如权利要求1所述的摄像头，其特征在于，还包括图像压缩模块，其接收图像处理模块发送的图像数据，并将所述的图像数据压缩后处理后，经USB总线模块输出。
4. 如权利要求1所述的摄像头，其特征在于，所述特定物体识别模块为移动物体识别模块，所述的移动物体识别模块上，加载有移动物体识别程序。
5. 如权利要求1所述的摄像头，其特征在于，图像识别模块通过检测预定物体中心点的移动矢量来确定预定物的移动矢量。
6. 一种数据处理装置，用于控制外部图像摄取设备以及对外部图像摄取设备摄取的图像数据进行处理，其包括微控制器、图像传感器接口模块、图像处理模块和USB总线模块，
所述的图像传感器接口模块接收外部摄取设备采集的图像数据，并将图像数据传送给图像处理模块或USB总线模块；
所述图像处理模块用于对接收到的图像数据进行处理并将处理后的图像数据传送给USB总线模块；
所述微控制器发送控制信号给所述的图像传感器接口模块和图像处理模块；
所述USB总线模块接收图像传感器接口模块或图像处理模块发送的图像数据并将其输出；其特征在于：
所述数据处理装置还包括与图像处理模块相连的图像识别模块，其用于对图像处理模块处理后的图像数据进行预定物体识别并对预定物体进行运动检测，根据图像识别模块检测出的预定物体的运动矢量来重新配置图像传感器的像素阵列，以控制图像传感器的实际成像区域。
7. 如权利要求6所述的数据处理装置，其特征在于，所述图像识别模块为人脸识别模块，所述的人脸识别模块上，加载有人脸识别程序。
8. 如权利要求6所述的数据处理装置，其特征在于，所述图像识别模块通过检测预定物体中心点的移动矢量来确定预定物的移动矢量。
9. 如权利要求6所述的数据处理装置，其特征在于，所述特定物体识别模块为移动物体识别模块，所述的移动物体识别模块上，加载有移动物体识别程序。
10. 如权利要求6所述的数据处理装置，其特征在于，还包括图像压缩模块，其接收图像处理模块发送的图像数据，并将所述的图像数据压缩后处理后，经USB总线模块输出。
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