CN103647957A

CN103647957A - 降低彩色图像实时传输数据量的方法

Info

Publication number: CN103647957A
Application number: CN201310680479.3A
Authority: CN
Inventors: 宫建; 文帅; 陈星�; 姚大鹏
Original assignee: China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Current assignee: China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: CN103647957B

Abstract

本发明提供一种降低彩色图像实时传输数据量的方法，用于彩色CCD相机采集、传输图像数据至计算机，其包括以下步骤：利用相机开发指令，将彩色CCD相机设置为单色原始裸数据模式（即灰度模式）；运行相机，实时采集图像、传输和存储均为单通道的原始裸数据；采集、传输完成，计算机将已存储的单色原始裸数据进行彩色插值计算，得到每个像素插值后的三通道彩色图像。本发明的操作和计算简单可行，在传输过程中将三通道数据量减少到单通道，也即减少到原来的三分之一，借此可以有效降低实时传输和存储数据量，进而减轻硬件压力，解决丢帧问题，可见，本发明是一种既不影响数据又简单可行的方法，可应用在大数据量的彩色图像实时采集领域。

Description

降低彩色图像实时传输数据量的方法

技术领域

本发明涉及彩色图像传输技术领域，尤其是大数据量彩色图像实时传输技术领域，具体而言，本发明特别涉及一种降低彩色图像实时传输数据量的方法。

背景技术

随着电子技术、CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合元件）成像技术的飞速发展，在各个领域如航空航天、工业控制、交通运输、多媒体网络等越来越多地使用高采集频率、高分辨率、多个彩色工业摄像机进行长时间地图像采集，这时就需要实时地传输和存储大量的图像数据。这对硬件，诸如图像采集卡、计算机内存、硬盘等，提出了非常高的要求，而且往往由于硬件的传输和存储能力有限或者性能不稳定，经常会出现丢帧现象，从而影响应用。

目前，大多数的工业级相机采用基于Bayer模板（见图1）的面阵CCD芯片捕获彩色图像，Bayer模板CCD的主要特征是在像素位置以间隔的方式放置红、绿、蓝色的滤光片，即彩色滤光阵列(color filter arrays,CFA)，其中绿色滤光片的数量为红色(或蓝色)的两倍。单CCD需要通过CFA插值算法来重构全彩图像，而现有很多相机其插值算法都被集成在相机内部或图像采集卡的处理模块中，也就是说从相机中直接得到的就是三通道的彩色图像，其数据量非常大，尤其是在高帧速、高分辨率、多相机运行时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低彩色图像实时传输数据量的方法，以解决目前从相机中直接得到的三通道彩色图像数据量太大的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种降低彩色图像实时传输数据量的方法，其技术方案如下：

一种降低彩色图像实时传输数据量的方法，用于彩色CCD相机采集、传输图像数据至计算机，其包括以下步骤：将彩色CCD相机设置为灰度模式；运行相机，实时采集图像、传输和存储均为单通道的原始裸数据即灰度图像；采集、传输完成，计算机将已存储的单色原始裸数据（即灰度图像）进行彩色插值计算，得到每个像素插值后的三通道彩色图像。

在上述方法的一种优选实施方式中，所述彩色CCD相机为基于Bayer模板的彩色CCD相机，并通过Bayer模板排列方法将已存储的灰度图像进行彩色插值计算。

在上述方法的一种优选实施方式中，采用双线性插值方法对灰度图像进行彩色插值计算。

分析及测试得知，本发明的操作和计算简单可行，在传输过程中将三通道数据量减少到单通道，也即减少到原来的三分之一，借此可以有效降低实时传输和存储数据量，进而减轻硬件压力，解决丢帧问题，可见，本发明是一种既不影响数据又简单可行的方法，可应用在大数据量的彩色图像实时采集领域。

附图说明

图1为Bayer模板的面阵排列示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

为了降低大量彩色图像传输和存储时的数据量，本发明提供一种降低彩色图像实时传输数据量的方法，其主要包括以下步骤：

根据相机开发指令，将彩色相机设置为灰度模式（此申请文件中的灰度模式是指单色原始裸数据模式）。优选地，该彩色相机为基于Bayer模板的彩色CCD相机，可支持二次开发。

运行彩色相机，实时采集图像，这时传输和存储至计算机的图像均为单通道的灰度图像（此申请文件中的灰度图像是指原始裸数据）。

采集、传输完成，计算机通过Bayer模板排列方法将已存储的灰度图像进行彩色插值计算，例如采用双线性插值方法进行彩色插值计算。如图1所示，以任意一个R（Red，红色）像元为例：

R=R。

G=(G1+G2+G3+G4)/4,其中G1-G4为R邻近的四个G（Green，绿色）像元灰度。

B=(B1+B2+B3+B4)/4,其中B1-B4为R邻近的四个B（Blue，蓝色）像元灰度。

更具体而言，在图1中，以R52像元为例，与其临近的四个G像元为G42、G51、G53和G62，与其临近的四个B像元为B41、B43、B61、B63。

接着，参照上一步骤，同理计算其它两个通道，即得到每个像素插值后的三通道彩色图像，即完成彩色图像的传输和存储，比直接存储彩色图像减少了2倍的数据量。通过验证，此方法对图像颜色和分辨率无任何影响。

为了验证本发明的实施效果，采用三台彩色CCD相机采集、同步传输图像数据，相机的图像分辨率均为1600*1200，8位3通道（RGB）彩色图像，每秒采集速度为30帧，那么每秒的总数据量达到3*1600*1200*3*30=500M，即数据量大约为500MBt/s。

使用的高速硬盘的读写速度为500MBt/s以内，使用多块硬盘绑定，其极限读写速度只能到600MBt/s，由于图像采集卡、硬盘的传输和存储能力有限，长时间接近极限的存储，导致经常会出现丢帧现象，影响后续的处理和计算。

根据相机开发指令，将彩色CCD相机设置为灰度模式，运行相机实时采集图像，这时传输和存储的均为8位的单通道灰度图像。

采集完成后，通过Bayer模板排列方法将已存储的灰度图像每个像素进行彩色插值计算，得到插值后的三通道彩色图像。

由于实时采集时传输和存储的是8位单通道灰度图像，其数据量3*1600*1200*30=165M，即其传输速度为165MBt/s，比之前的500MBt/s下降了2倍，有效减少了数据实时传输量。

综上所述，常用的工业级彩色CCD，通常其相机本身或图像采集卡的内嵌模块已经通过插值得到红绿蓝三通道的彩色图像，然后存储到计算机中，这时其传输和存储的是三通道数据，数据量非常大。鉴于此，本发明提供一种降低彩色图像实时传输数据量的方法。

本发明从彩色CCD成像原理出发，改进数据传输方式，先利用彩色CCD拍摄灰度图像，在采集过程中先把CCD接收到的单色原始裸数据（即灰度图像）保存到硬盘中。当采集完成后，再根据CCD特定的像元颜色排列顺序，通过插值计算来得到红绿蓝三通道的彩色图像。这样相机实时传输和存储数据量降到之前的三分之一。

可见，本发明可以从根本上降低数据量，避免对硬件提出过高要求，解决丢帧问题，非常适合应用在大数据量的彩色图像实时采集、传输、存储领域，大大减轻硬件的传输和存储压力，保证图像的正常采集和传输，是一种既不影响数据质量又简单可行的方法。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims

1.一种降低彩色图像实时传输数据量的方法，用于彩色CCD相机采集、传输图像数据至计算机，其特征在于，包括以下步骤：

将彩色CCD相机设置为灰度模式；

运行相机，实时采集图像、传输和存储均为单通道的原始裸数据（灰度图像）；

采集、传输完成，计算机将已存储的灰度图像进行彩色插值计算，得到每个像素插值后的三通道彩色图像。

2.根据权利要求1所述的降低彩色图像实时传输数据量的方法，其特征在于，所述彩色CCD相机为基于Bayer模板的彩色CCD相机，并通过Bayer模板排列方法将已存储的灰度图像进行彩色插值计算。

3.根据权利要求2所述的降低彩色图像实时传输数据量的方法，其特征在于，采用双线性插值方法对灰度图像进行彩色插值计算。