CN107566704A - 多输出高清高速成像记录一体摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多输出高清高速成像记录一体摄像机，包括：图像传感器，用于输出图像数据；成像驱动控制器，用于分别与图像传感器、图像高速缓存装置、存储控制器通信，控制图像传感器输出图像数据，并采集所述图像数据，分别发送给高速存储控制器及图像高速缓存；高速存储控制器，用于接收成像驱动控制器所发送的图像数据；高速固态存储阵列，用于接收高速存储控制器的图像数据并存储；多路传输接口，用于与图像处理设备、显示器、远端高速图像存储记录设备、下载回放主控计算机通信；电源及电池模块，用于为多输出高清高速成像记录一体摄像机提供电源。本发明具有功能强大、接口丰富、结构紧凑、集成度高、便于携带，能够独立工作的有益效果。

Description

多输出高清高速成像记录一体摄像机

技术领域

本发明涉及高帧频高速成像技术领域，特别涉及一种多输出高清高速成像记录一体摄像机。

背景技术

高速摄像机主要用于高速运动过程和快速变化场景的拍摄和记录，可以应用于汽车碰撞测试、安全气囊检测、飞行员弹射座椅实验、体育运动记录分析、武器发射系统的测试、炸点目标分析、高速粒子场运动分析。

随着CMOS图像传感器技术的发展，高帧频摄像机不论帧频速度、分辨率、还是动态范围都有很大提高。但随着高帧频数字摄像机的图像分辨率和帧频不断提高，输出的高速数字视频的数据量非常大，并且传输带宽极高，对高速数字图像的传输和存储增加了很大难度。高帧频高速数字摄像机在图像的显示、传输、存储、处理提出了更高的要求。

高帧频摄像机输出的图像帧频很高，一般可以达到几百帧/秒，有的可以达到上千帧/秒。以常见的画幅分辨率为1280×1024@500fps，像元位宽为8bit的高帧频相机为例，其实际输出带宽约为5.3Gbps。普通高速数字摄像机采用Cameralink接口输出，再由Cameralink采集卡采集到计算机中，通过SATA等高速磁盘阵列进行存储，该高速成像记录方式系统较大，记录存储带宽受限。另一种高速摄像机的存储方案，是在摄像机内部增加大容量的SDRAM缓存，这种方案可以解决高带宽和集成体积小，但存储容量无法扩展，一般只能做到几十GB的容量，并且SDRAM中的数据掉电丢失，无法长时间的保存。

发明内容

考虑到上述技术的局限，本发明寻求一种多输出高清高速成像记录一体摄像机。

本发明提供的技术方案是，提供一种多输出高清高速成像记录一体摄像机，包括图像传感器，用于输出图像数据；

成像驱动控制器，用于分别与图像传感器、图像高速缓存装置、存储控制器通信，控制所述图像传感器输出图像数据，并采集所述图像数据，分别发送给高速存储控制器及图像高速缓存；

高速存储控制器，用于接收所述成像驱动控制器所发送的图像数据；

高速固态存储阵列，用于接收所述高速存储控制器的图像数据并存储；

多路传输接口，用于分别与图像处理设备、显示器、远端高速图像存储记录设备、下载回放主控计算机通信；

电源及电池模块，用于为所述多输出高清高速成像记录一体摄像机提供电源。

一些实施例中，所述图像传感器为CMOS图像传感器，型号为AM41，标准输出能力为2336*1728@500fps。

一些实施例中，所述多输出高清高速成像记录一体摄像机还包括高速时钟，所述成像驱动控制器控制所述高速时钟对所述CMOS图像传感器进行驱动时序控制，控制所述CMOS图像传感器输出帧频满足1000帧/秒，输出1920*1080全画幅高清分辨率的图像。

一些实施例中，所述成像驱动控制器采用FPGA芯片；所述成像驱动控制器进行所述图像传感器的驱动时序信号控制，进行图像数据的并行采集及缓存控制；所述成像驱动控制器对所述图像数据进行格式转换和串行编码，并由多路串行总线将处理后的所述图像数据发送给所述高速存储控制器。

一些实施例中，所述高速存储控制器，采用带有嵌入式处理器的SOC架构的FPGA实现。

一些实施例中，所述高速固态存储阵列为8路SSD高速固态存储阵列，2.4GB/s的存储带宽，采用8路SSD硬盘同时进行记录，单路存储稳定带宽可以达到300MB/s，单路SSD的硬盘容量为512GB。

一些实施例中，所述高速存储控制器将串行图像数据均衡分配到所述8路SSD高速固态存储阵列中，并进行写入和读取的地址控制和冗余校验。

一些实施例中，所述多路传输接口包括Cameralink接口、HDMI接口、光纤接口、用户IO接口以及千兆网接口；所述成像驱动控制器抽帧输出图像数据到所述HDMI接口和所述Cameralink接口，并通过所述光纤接口传输所述图像数据给所述远端高速图像存储记录设备；所述千兆网接口与所述高速存储控制器通信，实时预览存储的图像和进行事后图像选取下载。

一些实施例中，所述多输出高清高速成像记录一体摄像机还包括图像高速缓存装置。

与现有技术相比，本发明的高清高速成像记录一体化摄像机通过设置图像传感器、成像驱动控制器、高速存储控制器、SSD高速固态存储阵列、多种传输接口，使其达到了功能强大、接口丰富、结构紧凑、集成度高、便于携带，能够独立工作的有益效果。

附图说明

图1为本发明多输出高清高速成像记录一体摄像机的系统模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

请参阅图1，示出了本发明多输出高清高速成像记录一体摄像机的系统模块示意图，包括：

图像传感器，用于输出图像数据；

成像驱动控制器，用于分别与图像传感器、图像高速缓存装置、存储控制器通信，控制所述图像传感器输出图像数据，并采集所述图像数据，分别发送给高速存储控制器及图像高速缓存；

高速存储控制器，用于接收所述成像驱动控制器所发送的图像数据；

高速固态存储阵列，用于接收所述高速存储控制器的图像数据并存储；

多路传输接口，用于分别与图像处理设备、显示器、远端高速图像存储记录设备、下载回放主控计算机通信；

电源及电池模块，用于为所述多输出高清高速成像记录一体摄像机提供电源。

具体地，本发明的一个实施例中，图像传感器采用的一种新型CMOS图像传感器，型号为AM41，其标准输出能力为2336*1728@500fps，本发明还设计了一种高速时钟，用于对CMOS图像传感器进行驱动时序，控制CMOS图像传感器帧频满足1000帧/秒，输出1920*1080全画幅高清分辨率的图像。

成像驱动控制器为本发明多输出高清高速成像记录一体摄像机整个系统的控制核心，本发明的一个实施例中，成像驱动控制器采用FPGA设计实现CMOS图像传感器的驱动时序信号、图像数据的并行采集和缓存、DDR图像高速缓存控制、并进行图像数据的格式转换和串行编码，由多路串行总线将高速图像数据发送给高速存储控制器，成像驱动控制器还用于进行抽帧输出图像数据到HDMI接口和Cameralink接口。

本发明的一个实施例中，图像高速缓存装置为设置于多输出高清高速成像记录一体摄像机内部的DDR图像高速缓存装置。

本发明的一个实施例中，高速存储控制器采用带有嵌入式处理器的SOC架构的FPGA实现，将串行图像数据(串行高速图像数据)，均衡分配到高速固态存储器阵列的8路SSD存储器中，并且负责写入和读取的地址控制和冗余校验。同时，千兆网和高速存储控制器进行通信，可以实时预览存储的图像和进行事后图像选取下载。

本发明的一个实施例中，高速固态存储器阵列采用多路SSD固态存储器阵列进行存储，2.4GB/s的存储带宽，采用8路SSD硬盘同时进行记录，单路存储稳定带宽可以达到300MB/s。单路SSD的硬盘容量为512GB。8路SSD总计约4TB存储容量，可记录1920*1080@1000fps高速图像30分钟。系统内的SSD固态硬盘可以进行升级和更换，若采用更大容量的SSD，存储记录的时间会更长。

多路传输接口包括Cameralink接口、HDMI接口、光纤接口、用户IO接口以及千兆网接口；所述成像驱动控制器抽帧输出图像数据到所述HDMI接口和所述Cameralink接口，并通过所述光纤接口传输所述图像数据给所述远端高速图像存储记录设备；所述千兆网接口与所述高速存储控制器通信，实时预览存储的图像和进行事后图像选取下载。本发明的多路传输接口集成的光纤接口为高速光纤接口，采用QSFP+接口，同时多路传输接口具有标准HDMI接口和Cameralink base接口，可以实时输出60Hz的全画幅低帧频图像；并通过用户IO接口，可以对摄像机进行外触发和成像参数控制。

本发明的电源及电池模块为电源适配器和大容量锂离子电池。可以在没有外部供电时，独立工作1小时，便于户外独立便携操作。

本发明的高清高速成像记录一体化的摄像装置，能够拍摄1920*1080分辨率下每秒1000帧的高速图像，并且内部集成大容量高速SSD固态存储器，能够记录存储30分钟以上高速图像数据，拍摄后数据掉电不丢失，能够长时间保存，事后通过千兆网进行高速图像数据的回放预览和下载。该高速摄像机同时还具有高速光纤接口，可以通过多路光纤将高速图像数据实时传输到远端记录存储设备，实现异地高速图像数据存储，增加了数据存储备份和可靠性。该摄像机在高速图像数据输出和记录的同时，还具有低帧频的图像数据实时输出接口，将抽帧后的低帧频图像数据由HDMI接口发送到显示设备进行实时监视，由Cameralink接口连接图像采集处理设备，进行图像的实时处理。摄像机内部集成大容量锂电池，无需外部供电可户外长时间独立工作。该高清高速成像记录一体化摄像机，功能强大，接口丰富，结构紧凑，集成度高，便于携带和独立工作。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，包括：

图像传感器，用于输出图像数据；

成像驱动控制器，用于分别与图像传感器、图像高速缓存装置、存储控制器通信，控制所述图像传感器输出图像数据，并采集所述图像数据，分别发送给高速存储控制器及图像高速缓存；

高速存储控制器，用于接收所述成像驱动控制器所发送的图像数据；

高速固态存储阵列，用于接收所述高速存储控制器的图像数据并存储；

多路传输接口，用于所述成像驱动控制器分别与图像处理设备、显示器、远端高速图像存储记录设备、下载回放主控计算机通信；

电源及电池模块，用于为所述多输出高清高速成像记录一体摄像机提供电源。

2.如权利要求1所述的多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，所述图像传感器为CMOS图像传感器，型号为AM41，标准输出能力为2336*1728@500fps。

3.如权利要求2所述的多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，所述多输出高清高速成像记录一体摄像机还包括高速时钟，所述成像驱动控制器控制所述高速时钟对所述CMOS图像传感器进行驱动时序控制，控制所述CMOS图像传感器输出帧频满足1000帧/秒，输出1920*1080全画幅高清分辨率的图像。

4.如权利要求1所述的多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，所述成像驱动控制器采用FPGA芯片；

所述成像驱动控制器进行所述图像传感器的驱动时序信号控制，进行图像数据的并行采集及缓存控制；所述成像驱动控制器对所述图像数据进行格式转换和串行编码，并由多路串行总线将处理后的所述图像数据发送给所述高速存储控制器。

5.如权利要求1所述的多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，所述高速存储控制器，采用带有嵌入式处理器的SOC架构的FPGA实现。

6.如权利要求5所述的多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，所述高速固态存储阵列为8路SSD高速固态存储阵列，2.4GB/s的存储带宽，采用8路SSD硬盘同时进行记录，单路存储稳定带宽可以达到300MB/s，单路SSD的硬盘容量为512GB。

7.如权利要求6所述的多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，所述高速存储控制器将串行图像数据均衡分配到所述8路SSD高速固态存储阵列中，并进行写入和读取的地址控制和冗余校验。

8.如权利要求1所述的多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，所述多路传输接口包括Cameralink接口、HDMI接口、光纤接口、用户IO接口以及千兆网接口；

所述成像驱动控制器抽帧输出图像数据到所述HDMI接口和所述Cameralink接口，并通过所述光纤接口传输所述图像数据给所述远端高速图像存储记录设备；

所述千兆网接口与所述高速存储控制器通信，实时预览存储的图像和进行事后图像选取下载。

9.如权利要求1所述的多输出高清高速成像记录一体摄像机，其特征在于，所述多输出高清高速成像记录一体摄像机还包括图像高速缓存装置。