CN103164372A - 图像采集装置及该装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像采集装置及该装置的控制方法，其中，该装置包括：USB通道切换模块、处理模块和图像采集模块，USB通道切换模块分别与处理模块和图像采集模块USB连接；USB通道切换模块，用于提供与外部计算机连接的USB接口；处理模块，用于通过USB通道切换模块提供的USB接口与外部计算机建立安全连接；图像采集模块，用于在处理模块与外部计算机建立安全连接的情况下，将其采集的图像数据通过USB通道切换模块提供的USB接口传送至外部计算机。本发明实现了PC端与图像采集模块绑定的需求。

Description

图像采集装置及该装置的控制方法

技术领域

本发明涉及一种图像采集装置及该装置的控制方法。

背景技术

目前，市面上存在多种类型的USB摄像头，这些摄像头具有接口简单、像素高、成像清晰的特点，且均符合UVC(USB video class)标准，广泛应用于实时监控、图像采集以及视频会议等应用场合。

尽管普通摄像头已经能够满足多数应用场合，但是在某些特定应用领域，图像采集设备不仅需要实现基本的图像采集功能，而且该领域需要确保图像采集设备的专用性，即图像采集设备需要与该领域的应用软件绑定后，图像采集设备与应用软件才能正常工作，通用图像采集设备(USB摄像头)不能与应用软件配套使用，图像采集设备也不能应用于其他应用环境。

因此，现有技术中存在现有的通用图像采集设备不能与应用软件配套使用，导致图像采集设备不能使用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种图像采集装置及该装置的控制方法，以解决现有技术存在的由于图像采集模块不能与应用软件配套使用、导致的图像采集设备不能使用的问题，其中：

根据本发明实施例的图像采集装置包括：USB通道切换模块、处理模块和图像采集模块，USB通道切换模块分别与处理模块和图像采集模块USB连接；USB通道切换模块，用于提供与外部计算机连接的USB接口；处理模块，用于通过USB通道切换模块提供的USB接口与外部计算机建立安全连接；图像采集模块，用于在处理模块与外部计算机建立安全连接的情况下，将其采集的图像数据通过USB通道切换模块提供的USB接口传送至外部计算机。

其中，USB通道切换模块具体包括：第一USB输入接口，用于与处理模块进行USB连接；第二USB输入接口，用于与图像采集模块进行USB连接；第一USB输出接口，用于与外部计算机进行USB连接；切换模块，用于将第一USB输入接口与第一USB输出接口之间的连接切换为第二USB输入接口与第一USB输出接口之间的连接。

其中，处理模块通过GPIO接口控制USB通道切换模块的USB接口切换。

其中，处理模块符合USB HID协议。

其中，处理模块与外部计算机之间建立基于3DES加密算法的安全连接。

其中，处理模块与外部计算机之间传输的数据包格式包括：起始字节、有效数据、校验字节、结束字节。

根据本发明实施例的图像采集装置的控制方法包括：提供图像采集装置与外部计算机连接的USB接口；通过USB接口建立图像采集装置与外部计算机之间的安全连接；将图像采集装置采集的图像数据通过USB接口传送至外部计算机。

其中，图像采集装置与外部计算机之间的安全连接为：基于3DES加密算法的安全连接。

其中，图像采集装置与外部计算机之间传输的数据包格式包括：起始字节、有效数据、校验字节、结束字节。

与现有技术相比，根据本发明的技术方案，通过增加处理模块与USB通道切换模块，实现了PC端与图像采集模块绑定的需求，解决了通用图像采集设备不能与应用软件配套使用，导致图像采集设备不能使用的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的图像采集装置的结构框图；

图2是本发明实施例的图像采集装置的优选结构的框图；

图3是本发明实施例的PC端与处理模块匹配的流程图；

图4是本发明实施例的PC端与图像采集模块交互的数据包格式的示意图；

图5是本发明实施例的图像采集装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

根据本发明的实施例，提供了一种图像采集装置。

图1是本发明实施例的图像采集装置的结构框图，如图1所示，该装置包括：USB通道切换模块10、处理模块20和图像采集模块30，其中，USB通道切换模块10分别与处理模块20和图像采集模块30连接。

USB通道切换模块10用于提供与外部计算机连接的USB接口。USB通道切换模块10具有两路USB输入和一路USB输出，两路USB输入分别连接处理模块20和图像采集模块USB连接30；一路USB输出连接外部计算机(PC端)。USB通道切换模块10负责在两路USB通道输入之间进行切换，实现不同的USB通道输入。

参考图2，USB通道切换模块具体包括：第一USB输入接口，用于与处理模块20进行USB连接；第二USB输入接口，用于与图像采集模块30进行USB连接。第一USB输出接口，用于与外部计算机进行USB连接。切换模块，用于将第一USB输入接口与第一USB输出接口之间的连接切换为第二USB输入接口与第一USB输出接口之间的连接。

处理模块20用于通过USB通道切换模块提供的USB接口与外部计算机建立安全连接。处理模块(或为微处理器模块)20主要负责与PC端建立握手，同时通过一根GPIO(General Purpose Input Output，通用输入/输出)接口管脚控制USB通道切换模块10的USB通道选择管脚，从而实现切换处理模块20和图像采集模块30的USB通道功能。

处理模块20运行后，通过GPIO接口控制USB通道切换模块10的通道选择输入端SEL管脚选择处理模块20的USB通道与PC的USB接口相连，在成功与PC端应用软件的握手后，处理模块20将USB通道切换到图像采集模块30的USB通路，由于图像采集模块30符合UVC标准，因此PC端可以直接通过数据接口获取视频图像。

图像采集模块30用于在处理模块20与外部计算机建立安全连接的情况下，将图像采集模块30采集的图像数据通过USB通道切换模块10提供的USB接口传送至外部计算机。具体地，外部影像通过镜头生成光学图像投射到图像传感器表面，图像传感器然后将光信号转化为电信号，通过模数电路将模拟电信号变换为数字图像信号，DSP接收数字图像信号，软件处理后通过视频接口传输到PC机，PC机读取图像数据后进行处理。

根据本发明的实施例，只有当PC端和图像采集装置握手成功后，图像采集装置才会将USB通道切换到图像采集模块30的USB图像输出接口，PC端才可以访问图像数据，由此实现了特殊行业的软件、硬件绑定需求。

在实际应用中，处理模块20固件首先将设备设置成一个符合USB HID(Human Interface Device)协议的设备，USB HID设备通常用于控制计算机系统的领域，适合传输少量数据的应用，同时主流操作系统均集成了USBHID驱动程序，因此USB设备只要符合USB HID协议标准，就不再需要安装设备驱动程序，设备就能够直接与PC端应用程序通过系统提供的访问接口进行数据交互。

上电后，USB通道切换模块10默认配置成选择处理模块20的USB通道，当PC端与处理模块20建立通信通道后，进行握手数据校验，校验过程采用以下方式：PC端软件随机取三个56位密钥K1、K2、K3以及一个64位(8字节)明文，通过约定的3DES加密算法将64位(8字节)明文数据加密成对应的密文，然后将密钥、明文、密文按照设定包格式通过USB通道传递给处理模块20的底层固件程序，处理模块20接收到数据包后，提取数据包中密钥K1、K2、K3、明文和密文，然后采用同样的加密算法和密钥对明文进行加密生成密文，并比对新生成的密文与下发数据包中的密文，确定是否是合法的加密数据，如果判断结果一致则处理模块20改变GPIO输出管脚信号，将USB信号通道切换到图像采集模块30的USB信号通道，并通知PC端匹配成功，可以进入图像采集流程；如判断结果不一致，则禁止切换USB通道，并通知PC端匹配不成功，PC端收到异常信号后，退出匹配流程，进入异常处理流程。

PC端与处理模块20采用了3DES加密算法，它以DES加密算法为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法，比DES更安全。除采用3DES加密算法外，用户同时可按照一定规则重新组合密钥、明文、密文数据包，处理模块20接收数据包后按照相同的组合方式还原原数据以实现更安全的握手协议。根据本发明，PC端与处理模块20只采用了3DES对称加密算法用以确保数据传递、系统的安全性，PC端与处理模块20匹配流程如图3所示，包括：

步骤S302，图像采集模块启动后，申请建立通信通道。

步骤S304，PC端启动后，建立通信通道。

步骤S306，判断通道建立是否成功，如果成功执行步骤S308，否则退出匹配流程。

步骤S308，PC端向图像采集模块发送密钥、明文、密文验证数据包。

步骤S310，图像采集模块收到验证数据包，对该验证数据包进行验证。

步骤S312，判断明文、密文是否匹配，如果匹配执行步骤S314，否则执行步骤S316。

步骤S314，切换USB通道到图像采集模块。

步骤S316，向PC端返回比较结果。

步骤S318，PC端接收比较结果。

步骤S320，判断返回值是否正确，如果正确执行步骤S322，否则退出匹配流程。

步骤S322，PC端读取图像采集模块的图像采集信息，流程结束。

PC端软件与图像采集模块交互的数据包组成格式如图4所示包括：起始字节、有效数据、CRC16校验字节和结束字节。起始字节表示一包数据的开始，以十六进制数据0xC0表示；有效数据为实际传输的数据，由明文和密文组合而成；CRC16校验字节根据有效数据计算得出，不包括起始、结束字节数据，CRC16校验算法采用CRC-CCITT算法，生成多项式为X16+X12+X5+1；结束字节表示一包数据的结束，以十六进制数据0xC1表示。如果在有效数据包含与起始、结束字节相同的数据，则需要在数据前加转义字节0x7D表示。

根据本发明的实施例，还提供了一种图像采集装置的控制方法。

参考图5，该图像采集装置的控制方法包括：

步骤S502，提供图像采集装置与外部计算机通信的USB通道；

步骤S504，通过USB通道建立图像采集装置与外部计算机之间的安全连接；

步骤S506，将图像采集装置采集的图像数据通过USB通道传送至外部计算机。

其中，图像采集装置与外部计算机之间的安全连接为：基于3DES加密算法的安全连接。并且，图像采集装置与外部计算机之间传输的数据包格式包括：起始字节、有效数据、校验字节、结束字节。

在实际引用中，根据本发明实施例的图像采集装置的控制方法的具体工作流程可以参考图1至图4，此处不赘述。

综上所述，本发明通过增加处理模块与USB通道切换模块实现了PC端与图像采集模块绑定的需求，具有以下有益效果：

(1)充分利用操作系统已有的功能，省略USB设备驱动程序的安装，简化通信通道的建立；

(2)采用了加密级别高的3DES加密算法，密钥可定制，确保了PC端软件与图像采集模块数据通信的安全性与可靠性；

(3)本发明在USB图像采集模块的基础上增加的元器件费用低，投资成本低；

(4)用户自由定制加密算法和密钥，最大限度保证了系统扩展性。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种图像采集装置，其特征在于，包括：USB通道切换模块、处理模块和图像采集模块，所述USB通道切换模块分别与所述处理模块和所述图像采集模块USB连接；

所述USB通道切换模块，用于提供与外部计算机通信的USB接口通道；

所述处理模块，用于通过所述USB通道切换模块提供的USB接口通道与外部计算机建立安全连接；

所述图像采集模块，用于在所述处理模块与所述外部计算机建立安全连接的情况下，将其采集的图像数据通过所述USB通道切换模块提供的USB接口通道传送至所述外部计算机。

2.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述USB通道切换模块具体包括：

第一USB输入接口，用于与所述处理模块进行USB通信；

第二USB输入接口，用于与所述图像采集模块进行USB通信；

第一USB输出接口，用于与外部计算机进行USB通信；

切换模块，用于将所述第一USB输入接口与所述第一USB输出接口之间的USB通道切换为所述第二USB输入接口与所述第一USB输出接口之间的USB通道。

3.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述处理模块通过通用输入/输出接口控制所述USB通道切换模块的USB接口切换。

4.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述处理模块符合USB HID协议。

5.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述处理模块与外部计算机之间建立基于3DES加密算法的安全连接。

6.根据权利要求5所述的图像采集装置，其特征在于，所述处理模块与外部计算机之间传输的数据包格式包括：

起始字节、有效数据、校验字节、结束字节。

7.一种图像采集装置的控制方法，所述图像采集装置采集图像数据，其特征在于，所述方法包括：

提供所述图像采集装置与外部计算机通信的USB通道；

通过所述USB通道建立所述图像采集装置与外部计算机之间的安全连接；

将所述图像采集装置采集的图像数据通过所述USB通道传送至所述外部计算机。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述图像采集装置与外部计算机之间的安全连接为：基于3DES加密算法的安全连接。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述图像采集装置与外部计算机之间传输的数据包格式包括：

起始字节、有效数据、校验字节、结束字节。

Images