CN104601955B - 一种基于嵌入式的图像处理及传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于嵌入式的图像处理及传输系统，涉及图像处理领域，能够实现图像数据的无线传输，使得监控中心的布置更加灵活。该系统包括：采集终端、无线传输设备和监控中心，其中，所述采集终端用于采集并存储图像数据；所述无线传输设备与采集终端相连接，用于采集终端与监控中心之间的无线通信；所述监控中心用于接收和显示采集终端上传的图像，设置采集终端的采集角度和定时采集时间，查看采集终端的目录和历史图片。该方案用于现场采集图像的处理和远程传输，以及对图像采集的控制。

Description

一种基于嵌入式的图像处理及传输系统

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别是指一种基于嵌入式的图像处理及传输系统。

背景技术

现在，在水文测试，工业控制，气象测试和环境监测等领域，广泛采用了基于嵌入式的图像采集装置与PC机之间通过串口进行通信构成的图像处理及传输系统。这些系统一般都采用USB、RS232、RS485和CAN总线等有线通信方式。然而，由于有线的传输方式在很大程度上对于应用场合的依赖，尤其在偏远的山区等恶劣野外环境下存在不利于布线的弊端，因此，如何在不利于布线的环境下，有效地传输图像数据，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式的图像处理及传输系统，能够实现图像数据的无线传输，并克服了用户监控中心必须拥有固定IP的限制，使得监控中心的布置更加灵活。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于嵌入式的图像处理及传输系统，包括：

采集终端、无线传输设备和监控中心，其中，

所述采集终端用于采集并存储图像数据；

所述无线传输设备与采集终端相连接，用于采集终端与监控中心之间的无线通信；

所述监控中心用于接收和显示采集终端上传的图像，设置采集终端的采集角度和定时采集时间，查看采集终端的目录和历史图片。

所述采集终端包括：

处理器、图像采集模块、图像存储模块和舵机模块，其中，

所述图像采集模块，与所述处理器通过I2C总线相连接，用于现场的图像采集、压缩与图像输出；

所述图像存储模块，与所述处理器通过SPI总线连接，用于分类储存采集到的现场图片及图片目录；

所述舵机模块，与所述处理器通过PWM输出接口连接，用于控制采集模块的采集角度。

所述图像采集模块包括：

图像传感器、电压转换电路和晶振电路，其中，

所述图像传感器为具有硬件JPEG压缩功能的CMOS图像传感器，用于图像采集和硬件JPEG压缩，并将压缩后的图像数据输出至处理器；

所述电压转换电路，与所述处理器的电源连接，用于输出不同等级的电压，以便于给所述图像传感器提供不同等级的电压输入；

所述晶振电路，与所述图像传感器的时钟输入连接，用于给所述图像传感器提供时钟信号。

所述图像存储模块包括：

用于存储图像数据的存储卡和外围电路。

所述图像采集模块将压缩后的图像输出至处理器，所述处理器将图片命名后分类保存在存储卡中，图片的文件名中包含了采集的具体时间。

所述处理器将图片命名后分类保存在存储卡中是按照具体的年、月、日分类保存；首先，按照年建立一级文件夹，在年的一级文件夹下按照月份建立二级文件夹，在月份的二级文件夹下建立以天为单位的三级文件夹；其次，采集终端每天采集的图片按照具体时间分别存储在不同的三级文件夹中，并且在每个三级文件夹中形成一个图片目录文件。

所述的图片目录为在三级文件夹下形成当天图片的目录TXT文件，目录中的每一项都包含了图片在存储卡中的存储路径和文件名称。

所述无线传输设备为GPRS-DTU模块，包括：串口电平转换电路、无线通信模块以及信号发射、接收天线。

所述采集终端的处理器还具有USART接口，用于与所述GPRS-DTU模块的串口电平转换电路连接。

所述监控中心包括：

用于串口选择和相关参数配置的配置模块；

用于设置采集终端的采集角度的角度设置模块；

用于设置采集终端的定时采集时间的时间设置模块；

并用于显示采集终端上传的图像，用于接收和显示采集终端上传的目录，并用于查看采集终端的历史图片的显示查看模块。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，采用了无线传输设备，将实时采集的图像数据通过无线通讯的方式传输到监控中心，特别是在偏远的野外的环境下，运动物体上，无人值守和远传控制中，以及隔离区域等特殊条件的系统中，为安装和维护提供了很大的方便，而且无线图像传输不易受电磁干扰和环境温度的影响，可以灵活的布置监控节点，并且进一步使得监控中心可以没有固定的IP地址就可以使用GPRS发送和接收数据，在本方案中，使用了GPRS-DTU的无线串口协议，克服了用户监控中心必须拥有固定IP的限制，且实现多个用户在不同时间、地点浏览数据，使得监控中心的布置更加灵活。

附图说明

图1为本发明实施例中基于嵌入式的图像处理及传输系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例中基于嵌入式的图像处理及传输系统的结构示意图二；

图3为本发明实施例中基于嵌入式的图像处理及传输系统的硬件连接示意图；

图4为本发明实施例中基于嵌入式的图像处理及传输系统的通信传输示意图；

图5为本发明实施例中基于嵌入式的图像处理及传输系统的图片分类保存流程图；

图6为本发明实施例中基于嵌入式的图像处理及传输系统的图片发送与复原流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的图像处理及传输系统由于有线的传输方式在很大程度上对于应用场合的依赖，尤其在偏远的山区等恶劣野外环境下存在不利于布线的问题，提供一种基于嵌入式的图像处理及传输系统，其实现图像数据的无线传输，并克服了用户监控中心必须拥有固定IP的限制，且实现多个用户在不同时间、地点浏览数据，使得监控中心的布置更加灵活。

本发明涉及一种基于嵌入式的图像处理及传输系统，如图1所示，该系统包括：

采集终端1、无线传输设备2和监控中心3，其中，

所述采集终端1用于采集并存储图像数据；

所述无线传输设备2与采集终端1相连接，用于采集终端1与监控中心3之间的无线通信；

所述监控中心3用于接收和显示采集终端1上传的图像，设置采集终端的采集角度和定时采集时间，查看采集终端的目录和历史图片。

具体地，如图2和图3所示，所述采集终端包括：

处理器、图像采集模块、图像存储模块和舵机模块，其中，

在本发明实施例中，所述处理器采用STM32F103ZE处理器，其分别与所述图像采集模块、所述图像存储模块以及所述舵机模块相连接，同于控制、接收和处理这几个模块；其中，STM32处理器具有SWD程序下载接口、I2C总线接口、SPI总线接口、PWM接口，USART接口(串口)。

所述图像采集模块，与所述处理器通过I2C总线相连接，用于现场的图像采集、压缩与图像输出；

所述图像存储模块，与所述处理器通过SPI总线连接，用于分类储存采集到的现场图片及图片目录；

所述舵机模块，与所述处理器通过PWM输出接口连接，用于控制采集模块的采集角度。

进一步地，所述图像采集模块包括：图像传感器、电压转换电路和晶振电路，

所述图像传感器为具有硬件JPEG压缩功能的CMOS图像传感器，用于图像采集和硬件JPEG压缩，并将压缩后的图像数据输出至处理器；

所述电压转换电路，与所述处理器的电源连接，用于输出不同等级的电压，以便于给所述图像传感器提供不同等级的电压输入；

所述晶振电路，与所述图像传感器的时钟输入连接，用于给所述图像传感器提供时钟信号。

进一步地，所述图像存储模块包括：

用于存储图像数据的存储卡和外围电路。在本实施例中，所述存储卡优选为SD卡。

进一步地，所述图像采集模块将压缩后的图像输出至处理器，所述处理器将图片命名后分类保存在存储卡中，图片的文件名中包含了采集的具体时间。

进一步地，所述处理器将图片命名后分类保存在存储卡中是按照具体的年、月、日分类保存；首先，按照年建立一级文件夹，在年的一级文件夹下按照月份建立二级文件夹，在月份的二级文件夹下建立以天为单位的三级文件夹；其次，采集终端每天采集的图片按照具体时间分别存储在不同的三级文件夹中，并且在每个三级文件夹中形成一个图片目录文件。

进一步地，所述的图片目录为在三级文件夹下形成当天图片的目录TXT文件，目录中的每一项都包含了图片在存储卡中的存储路径和文件名称。

具体地，所述无线传输设备为GPRS-DTU模块，包括：串口电平转换电路、无线通信模块以及信号发射、接收天线。其中，串口电平转换电路将USART电平转换为RS232电平，即TTL转RS232；采集终端通过串口电平转换模块与GPRS-DTU连接，主要用于采集终端和监控中心之间的通信。与之相适应地，所述采集终端的处理器还具有USART接口，用于与所述GPRS-DTU模块的串口电平转换电路连接。

进一步地，所述监控中心包括：

用于串口选择和相关参数配置的配置模块；

用于设置采集终端的采集角度的角度设置模块；

用于设置采集终端的定时采集时间的时间设置模块；

并用于显示采集终端上传的图像，用于接收和显示采集终端上传的目录，并用于查看采集终端的历史图片的显示查看模块。

需要说明的是，在本发明的技术方案中，监控中心的软件中的串口选择与配置模块包括DTU的映射串口号的选择，串口波特率、校验位、停止位的配置；舵机角度设置模块包括舵机转向的选择和角度大小的选择；图片实时采集模块主要包括采集按钮和图片的接收和显示窗口；采集周期的设置模块主要包括采集周期单位、时间长短的选择；采集终端目录文件的查看模块主要包括用户查看日期的选择框和目录显示框；采集终端历史图片的查看模块包括历史图片的选择窗口和图片接收显示窗口。

所述的监控中心的各模块还可以进行如下细分：其中，配置模块主要用于对DTU映射的串口进行设置；角度设置模块主要用于调整图像采集模块的采集角度；图片实时采集模块主要用于接收和显示采集终端上传的图片和采集时间；采集周期设置模块主要用于设置采集终端定时采集的时间；采集终端目录查看模块主要用于查看采集终端中用户需要的目录文件；采集终端历史图片的查看模块主要用于查看采集终端存储模块中的历史图片。

进一步地，如图4所示，本实施例的基于嵌入式的图像处理及传输系统，所述的无线串口协议需要进行协议的转换，并且需要借助GPRS-DTU厂家的Comway Data-Server服务器，才能实现用户在没有固定IP的情况下还可以使用GPRS通信的目的。

进一步地，如图5所示，图片分类存储是按照具体的年月日分类存储的；首先，按照年建立一级文件夹，在年的一级文件夹下按照月份建立二级文件夹，在月份的二级文件夹下建立以天为单位的三级文件夹；其次，采集终端每天采集的图片按照具体时间分别存储在不同的三级文件夹中，并且在每个三级文件夹中形成一个图片目录文件。图片目录文件为在三级文件夹下形成当天采集图片的目录TXT文件，目录中的每一项都包含了图片在SD卡中的存储路径和文件名称。

如图6所示，系统中图片与目录文件数据量一般都比较大，对文件的发送与接收不能一次完成的，采集终端需要把图片和目录文件分解为若干个数据包，将这些数据包依次发出，为了防止数据的丢失会对每一个数据包进行了编号，当监控中心接收完最后一个数据包后，对接收到的数据包进行检验，查看是否有丢失的数据包。如果有数据包丢失，监控中心会向采集终端发送丢失数据包的编号，采集终端会再次向监控中心发送需要的数据包。当监控中心收到所有的数据包后，按照数据包的顺序将文件还原与解析，从而显示给用户。

本实施例的基于嵌入式的图像处理及传输系统主要包含了系统的正确的使用方法。这种方法包括以下步骤：

步骤1：对GPRS-DTU进行初始化和参数配置，主要包括COMWAY通信方式的选择和通信波特率、停止位、标志位以及校验位的配置；

步骤2：在监控中心的服务器上安装无线串口协议软件，并且在软件中添加使用的GPRS-DTU序列号，添加成功后会在软件上显示，添加成功后需要映射出本GPRS-DTU在该服务器上的串口号。

步骤3：检查采集终端的接线和SD卡的状态，检查完毕后对系统上电，系统会在默认参数下工作；

步骤4：打开无线串口软件，运行监控中心的监控软件，选择GPRS-DTU映射的串口并且将串口参数配置为与GPRS-DTU中一样的参数打开串口，打开不成功会有相应的窗口提示信息；

步骤5：当GPRS-DTU映射串口打开成功后，就可以通过GPRS-DTU设置采集终端的定时采集时间和采集的角度，当采集终端设置成功后会反馈信息给监控中心，监控中心会弹出窗口提示用户设置成功；

步骤6：监控中心如果需要实时查看现场的情况，需要点击采集按钮，监控中心会通过GPRS-DTU把命令发送给采集终端，采集终端会采集当时图片并且通过GPRS-DTU发送给监控中心，监控中心会接收和显示图片并且显示图片的采集的时间。

步骤7：需要查看采集终端的目录文件时，先应该选择查看日期，再向采集终端发送查找命令，当采集终端找到需要的目录文件后会将文件通过GPRS-DTU发送到监控中心，当监控中心接收完目录文件后弹出窗口提示用户，用户可以查看接收到的目录文件，接收到的每一项目录都是带路径的。如果找不到需要的目录文件，采集终端也会为监控中心反馈信息，监控中心会提示用户查找目录不存在。

步骤8：查看历史图片时先应该选择查看的日期获得查看当天的图片目录，当获得目录后选择需要时间的图片文件名发送给采集终端，采集终端会将该时间的图片找到并且发送给监控中心，监控中心收到历史图片后会显示并且显示历史图片的采集时间。

在本发明的技术方案中，本发明实施例优选的采集终端使用了ARM公司的具有Cortex-M3内核的STM32处理器，该处理器内核是专门设计用于满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格与一体的嵌入式领域的要求。

进一步地，本发明实施例的采集终端使用的图像采集模块内置了JPEG(JointPhotographic Experts Group(联合图像专家小组))硬件压缩功能的数字嵌入式图像传感器，该图像传感器是CMOS传感器具有功耗低、体积小等特点，可以输出多种格式的图片并且输出的JPEG图片具有比较高的压缩比，减小发送的每张图片的数据量，从而减少了图像通过DTU传输的流量成本和传输的时间。

进一步地，本发明实施例的采集终端使用了SD卡作为图像储存器，它具有体积小、容量大、功耗低、可擦写、非易失性、价格便宜以及控制方便的特点，使得整个系统的体积更小性能更高，并且通过文件操作系统的移植对采集的图片分类存储，存储的文件名都是以采集的时间命名，这样的命名方式有利于后期历史图片的查找。

进一步地，本发明实施例的无线传输设备使用了GPRS-DTU模块，该DTU模块使用的是Comway无线串口协议，这就使得监控中心可以没有固定的IP地址就可以使用GPRS发送和接收数据，使得监控中心的布置更加灵活。

综上所述，本发明实施例提供的图像处理及传输系统，采用了无线传输设备，将实时采集的图像数据通过无线通讯的方式传输到监控中心，特别是在偏远的野外的环境下，运动物体上，无人值守和远传控制中，以及隔离区域等特殊条件的系统中，为安装和维护提供了很大的方便，而且无线图像传输不易受电磁干扰和环境温度的影响，可以灵活的布置监控节点，并且进一步使得监控中心可以没有固定的IP地址就可以使用GPRS发送和接收数据，在本方案中，使用了GPRS-DTU的无线串口协议，克服了用户监控中心必须拥有固定IP的限制，且实现多个用户在不同时间、地点浏览数据，使得监控中心的布置更加灵活。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于嵌入式的图像处理及传输系统，其特征在于，包括：

采集终端、无线传输设备和监控中心，其中，

所述采集终端用于采集并存储图像数据；

所述无线传输设备与采集终端相连接，用于采集终端与监控中心之间的无线通信，其中，所述无线传输设备采用Comway无线串口协议；

所述监控中心用于接收和显示采集终端上传的图像，设置采集终端的采集角度和定时采集时间，查看采集终端的目录和历史图片；

其中，所述采集终端包括：

处理器、图像采集模块、图像存储模块和舵机模块，其中，

所述图像采集模块，与所述处理器通过I2C总线相连接，用于现场的图像采集、压缩与图像输出；

所述图像存储模块，与所述处理器通过SPI总线连接，用于分类储存采集到的现场图片及图片目录；

所述舵机模块，与所述处理器通过PWM输出接口连接，用于控制采集模块的采集角度；

其中，所述图像采集模块包括：

图像传感器、电压转换电路和晶振电路，其中，

所述图像传感器为具有硬件JPEG压缩功能的CMOS图像传感器，用于图像采集和硬件JPEG压缩，并将压缩后的图像数据输出至处理器；

所述电压转换电路，与所述处理器的电源连接，用于输出不同等级的电压，以便于给所述图像传感器提供不同等级的电压输入；

所述晶振电路，与所述图像传感器的时钟输入连接，用于给所述图像传感器提供时钟信号；

其中，所述图像存储模块包括：

用于存储图像数据的存储卡和外围电路；

其中，所述图像采集模块将压缩后的图像输出至处理器，所述处理器将图片命名后分类保存在存储卡中，图片的文件名中包含了采集的具体时间；

其中，所述处理器将图片命名后分类保存在存储卡中是按照具体的年、月、日分类保存；首先，按照年建立一级文件夹，在年的一级文件夹下按照月份建立二级文件夹，在月份的二级文件夹下建立以天为单位的三级文件夹；其次，采集终端每天采集的图片按照具体时间分别存储在不同的三级文件夹中，并且在每个三级文件夹中形成一个图片目录文件；

其中，所述的图片目录为在三级文件夹下形成当天图片的目录TXT文件，目录中的每一项都包含了图片在存储卡中的存储路径和文件名称；

其中，所述查看采集终端的目录和历史图片包括：

接收用户在监控中心选择的查看日期，根据用户选择的查看日期向采集终端发送查找命令，以便采集终端根据接收到的查找命令通过无线传输设备返回相应的目录文件至监控中心；

当监控中心接收完目录文件后弹出窗口提示用户查看接收到的目录文件，其中，接收到的每一项目录都是带路径的；

用户根据获得的目录文件，选择所需要时间的图片文件名发送给采集终端，采集终端会将该时间的图片发送给监控中心，监控中心收到历史图片后会显示并且显示历史图片的采集时间；

其中，所述无线传输设备为GPRS-DTU模块，包括：串口电平转换电路、无线通信模块以及信号发射、接收天线；

其中，所述采集终端的处理器还具有USART接口，用于与所述GPRS-DTU模块的串口电平转换电路连接；

其中，所述监控中心包括：

用于串口选择和相关参数配置的配置模块；

用于设置采集终端的采集角度的角度设置模块；

用于设置采集终端的定时采集时间的时间设置模块；

并用于显示采集终端上传的图像，用于接收和显示采集终端上传的目录，并用于查看采集终端的历史图片的显示查看模块。