CN110097491B - 一种基于片上系统的图像数据处理方法、系统及电子设备 - Google Patents
一种基于片上系统的图像数据处理方法、系统及电子设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于片上系统的图像数据处理方法、系统及电子设备，所述方法包括：对输入图像预处理形成图像数字信号；由图像信号处理器和可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据；将最终图像数据发送至数据接口模块。本发明能够通过图像信号处理器和可编程逻辑器件配合，即由图像信号处理器硬件支撑，同时由可编程逻辑器件软件灵活配合并行完成图像处理算法，进而优化所述图像处理算法处理方式，提高了所述方法的处理效率和灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于片上系统的图像数据处理方法、系统及电子设备。
背景技术
目前，现有的图像处理系统或者图像传感器是由光感器件(bayer array)+模拟信号运算模块(ASP：Analog Signals Processor)+数字控制模块(DCP：Digial ControlProcessor)+数字图像处理模块(ISP：Image Signal Processing)+数据接口(IF：InterFace)组成；其中，所述数字图像处理模块(ISP：Image Signal Processing)采用专用集成电路(ASIC：Application Specific Integrated Circuit)执行图像处理算法，导致采用现有的图像处理系统或者图像传感器所开发的一款产品算法固定，可变性差，且设计周期久。
同时，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：
第一方面，随着图像传感器的发展，CMOS Image Sensor被广泛的用于各个领域，其作为传感世界不可缺少的外设，尤其是物联网、手机类消费电子、安防等领域，在视觉为主的现在，图像传感器或图像处理系统的设计周期和升级周期成了各大消费电子厂商竞争的主要工具。现有的图像处理系统或者图像传感器无法适应产品研发的要求、也无法满足客户的需求。
第二方面，传统的图像传感器或者图像处理系统在进行图像数据处理时，完全依靠硬件固化算法，可支持的场景较少，算法规模受硬件资源限制较大，无法满足不停变化的需求，对复杂场景支持性差。
第三方面，随着当前的图像处理电路，当有新需求加入或者有新的算法更新，只能进行硬件重新设计，投放市场周期长，往往等到投放市场后，已经过去很长一段时间，可能需求已经更新换代很多，完全无法紧跟市场节奏。
发明内容
本发明提供的基于片上系统的图像数据处理方法、系统及电子设备，能够通过图像信号处理器和可编程逻辑器件配合，即由图像信号处理器硬件支撑，同时由可编程逻辑器件软件灵活配合并行完成图像处理算法，进而优化所述图像处理算法处理方式，提高了所述方法的处理效率和灵活性。
第一方面，本发明提供一种基于片上系统的图像数据处理方法，所述方法包括：
对输入图像预处理形成图像数字信号；
由图像信号处理器和可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据；
将最终图像数据发送至数据接口模块。
可选地，所述由图像信号处理器和可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据包括：
由图像信号处理器执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据；
将第一图像数据发送至可编程逻辑器件，并由可编程逻辑器件执行图像处理算法中其余复杂度高或资源耗费高的运算得出第二图像数据；
将第二图像数据发送至图像信号处理器；
由图像信号处理器对第二图像数据进行统计或整合得出最终的图像数据。
可选地，所述图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算和其余复杂度高或资源耗费高的运算是按算法类型或计算资源耗费量对图像处理算法进行分割。
可选地，所述由图像信号处理器按预设条件对图像处理算法进行分割，然后执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据包括：
由图像信号处理器按输入图像的图像尺寸分割成N块图像数字信号；
由图像信号处理器依次对N块图像数字信号进行图像处理，并得出N块第一图像数据。
可选地，在所述由图像信号处理器依次对N块图像数字信号进行图像处理，并得出N块第一图像数据之后，所述方法还包括：
依次将N块第一图像数据发送至可编程逻辑器件；
由可编程逻辑器件对N块第一图像数据中预设参数或结果进行统计得出输入图像的第二图像数据。
可选地，在所述由图像信号处理器按预设条件对图像处理算法进行分割，并执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据、或在所述将第一图像数据发送至可编程逻辑器件之后，所述方法还包括：
获取输入图像的场景信息；
根据所述场景信息，由可编程逻辑器件匹配对应的图像处理算法对第一图像数据进行处理形成第二图像数据。
第二方面，本发明提供一种基于片上系统的图像数据处理系统，包括：
预处理模块，用于对输入图像预处理形成图像数字信号；
图像信号处理器，分别与预处理模块、可编程逻辑器件连接，用于与可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据，并将最终图像数据发送至数据接口模块；
数据接口模块，用于打包输出最终图像数据。
可选地，所述图像信号处理器包括：
第一接收单元，与预处理模块连接，用于接收图像数字信号；
执行单元，用于执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据；
发送单元，用于将第一图像数据发送至可编程逻辑器件；
第二接收模块，与可编程逻辑器件连接，用于接收第二图像数据；
处理单元，用于对第二图像数据进行统计或整合得出最终的图像数据。
可选地，所述可编程逻辑器件包括：
接收单元，与图像信号处理器连接，用于接收第一图像数据；
执行单元，用于执行图像处理算法中其余复杂度高或资源耗费高的运算得出第二图像数据；
发送单元，与图像信号处理器连接，用于将第二图像数据发送至图像信号处理器。
可选地，所述可编程逻辑器件还包括：
场景获取单元，用于获取输入图像的场景信息；
算法匹配单元，用于根据所述场景信息匹配对应的图像处理算法对第一图像数据进行处理形成第二图像数据。
第三方面，本发明提供一种电子设备，所述用户设备包括上述基于片上系统的图像数据处理系统。
本发明实施例提供的基于片上系统的图像数据处理方法、系统及电子设备，所述方法主要是通过图像信号处理器和可编程逻辑器件配合，即由图像信号处理器硬件支撑，同时由可编程逻辑器件软件灵活配合并行完成图像处理算法，进而优化所述图像处理算法处理方式，提高了所述方法的处理效率和灵活性。
本发明由于图像信号处理器选择ISP、或选择ISP lite(简化版本的ISP)，但是ISP或ISP lite均为专用集成电路，无法适应产品研发的要求、也无法满足客户的需求；因此，所述方法在执行所述图像处理算法时，在所述图像信号处理器作为硬件支撑下，还可利用可编程逻辑器件的可移植性，可以灵活的修改图像处理算法，优化算法结构，更高效的进行产品迭代升级，有效减少产品设计周期，进而有效的提高了所述方法和产品的灵活性，同时，还避免仅通过纯硬件设备实现所述图像处理算法时，硬件规模受限而导致所述图像处理算法无法全覆盖，导致特殊场景下图像测试不过标准的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例基于片上系统的图像数据处理方法的流程图；
图2为本发明另一实施例基于片上系统的图像数据处理方法的流程图；
图3为本发明一实施例基于片上系统的图像数据处理系统的结构示意图；
图4为本发明一实施例图像信号处理器的结构示意图；
图5为本发明一实施例可编程逻辑器件的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种基于片上系统的图像数据处理方法，如图1所示，所述方法包括：
S11、对输入图像预处理形成图像数字信号；
S12、由图像信号处理器和可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据；
S13、将最终图像数据发送至数据接口模块。
本发明实施例提供的基于片上系统的图像数据处理方法主要是通过图像信号处理器和可编程逻辑器件配合，即由图像信号处理器硬件支撑，同时由可编程逻辑器件软件灵活配合并行完成图像处理算法，进而优化所述图像处理算法处理方式，提高了所述方法的处理效率。
具体的，本实施例中由于图像信号处理器选择ISP、或ISP lite(简化版本的ISP)，但是ISP或ISP lite均为专用集成电路，无法适应产品研发的要求、也无法满足客户的需求；因此，所述方法在执行所述图像处理算法时，在所述图像信号处理器作为硬件支撑下，还可利用可编程逻辑器件的可移植性，可以灵活的修改图像处理算法，优化算法结构，更高效的进行产品迭代升级，有效减少产品设计周期，进而有效的提高了所述方法和产品的灵活性，同时，还避免仅通过纯硬件设备实现所述图像处理算法时，硬件规模受限而导致所述图像处理算法无法全覆盖，导致特殊场景下图像测试不过标准的问题。
可选地，如图2所示，所述由图像信号处理器和可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据包括：
S121、由图像信号处理器执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据；
S122、将第一图像数据发送至可编程逻辑器件，并由可编程逻辑器件执行图像处理算法中其余复杂度高或资源耗费高的运算得出第二图像数据；
S123、将第二图像数据发送至图像信号处理器；
S124、由图像信号处理器对第二图像数据进行统计或整合得出最终的图像数据。
具体的，本实施例中所述方法将图像处理算法按照预设条件进行分割，并将图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算以图像信号处理器的硬件方式实现得出第一图像数据；然后将图像处理算法中其余复杂度高或资源耗费高的运算以可编程逻辑器件的软件方式实现得出第二图像数据。例如，所述图像处理算法为白平衡算法(AWB)、或者去除马赛克算法(Demosaic)、或者伽玛算法(Gamma)。其中，所述图像处理算法包括计算单元或者数据统计单元。
例如，所述方法可通过图像信号处理器的硬件进行数据统计，将统计值传给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件进行各项参数或者结果的计算；将可编程逻辑器件的计算结果返回硬件电路进行最终结果的统计或整合；根据产品应用场景的变化，统计值将会呈现多样性，可利用可编程逻辑器件灵活性将不同的统计值对应不同的嵌入式算法，避免纯硬件实现时，硬件规模受限而导致算法无法全覆盖，导致特殊场景下图像测试不过标准的问题；当客户需求改变，只需修改嵌入式算法，而无需进行硬件从新设计；从而达到场景全覆盖，减少硬件迭代，缩短产品投放市场的周期的目的，同时，通过所述方法还能够大量减少产品研发成本，具有广泛的适应性。
可选地，所述图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算和其余复杂度高或资源耗费高的运算是按算法类型或计算资源耗费量对图像处理算法进行分割。
并且，本实施例中所述方法还能够根据不同的图像处理算法按照对应的预设的条件对图像处理算法进行分割。
例如，在白平衡算法(AWB)中，输入图像经过采集后进入图像信号处理器进行数据处理，不进行图像数据下采样，而是将算法进行分割，比如，将一些计算复杂度较低(如加减乘)重复性高但数据量大的部分经由图像信号处理器的硬件形式实现，将算法复杂度高(如卷积)重复性低数据量适中的算法交由基于CPU软件运行形式的可编程逻辑器件实现，并将计算结果返回给图像信号处理器的硬件电路形式进行后续运算，因此，经过处理后的图像数字信号无需进行软件的二次加工，提高了CPU的处理速度，并减少了CPU的运行压力，进而优化了图像处理的方式，大大提高了图像处理的效率和灵活性。
可选地，所述由图像信号处理器按预设条件对图像处理算法进行分割，然后执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据包括：
由图像信号处理器按输入图像的图像尺寸分割成N块图像数字信号；
由图像信号处理器依次对N块图像数字信号进行图像处理，并得出N块第一图像数据。
可选地，在所述由图像信号处理器依次对N块图像数字信号进行图像处理，并得出N块第一图像数据之后，所述方法还包括：
依次将N块第一图像数据发送至可编程逻辑器件；
由可编程逻辑器件对N块第一图像数据中预设参数或结果进行统计得出输入图像的第二图像数据。
可选地，在所述由图像信号处理器按预设条件对图像处理算法进行分割，并执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据、或在所述将第一图像数据发送至可编程逻辑器件之后，所述方法还包括：
获取输入图像的场景信息；
根据所述场景信息，由可编程逻辑器件匹配对应的运算对第一图像数据进行处理形成第二图像数据。
具体的，本实施例中所述方法还能够通过根据场景的变化，匹配可编程逻辑器件中不同的嵌入式算法作为运算，进而所述方法能够适应复杂多变的场景信息。
例如，根据场景的变化，第一图像数据中的各项参数或者统计值将会呈现多样性，可编程逻辑器件可以将不同的统计值对应不同的嵌入式算法，避免图像信号处理器作为纯硬件实现时，硬件规模受限而导致算法无法全覆盖，导致特殊场景下图像测试不过标准的问题；因此，本实施例所述方法能够在客户需求改变时，只需修改嵌入式算法，而无需进行图像信号处理器从新设计；从而达到场景全覆盖，减少硬件迭代，缩短产品投放市场的周期的目的。
综上所述，本实施例中可见光数据通过拜耳阵列转化为连续的模拟电信号，通过模拟信号运算模块ASP后将连续的模拟电信号转化为离散的图像数字信号进行定点化处理，经过数字控制模块DCP控制将这些离散的定点信号按照一定的格式传递到数字图像处理电路ISP lite进行数字图像处理和统计(即对输入图像预处理形成图像数字信号)；数字图像处理电路ISP lite将处理完毕的第一图像数据(即图像数据或者统计值)传递给可编程逻辑器件进行中间复杂算法处理或最终结果计算；可编程逻辑器件将计算后的第二图像数据(即结果)传递回数字图像处理电路ISP lite进行结果统计或者计算得出最终图像数据；最后再由数字图像处理电路ISP lite将计算的最终图像数据传递给数据接口模块IF；数据接口模块IF将数据进行打包后，输出到片外；其中，在上述过程中数字图像处理电路ISP lite和可编程逻辑器件之间可进行多次的数据交互得到计算结果。
因此，本实施例所述方法采用可编程逻辑器件用软件算法的形式配合数字图像处理电路执行图像处理算法，可以将图像处理算法设计得复杂度更高，场景涵盖更广；当图像处理算法需要进行进一步修改，实现更好效果的算法时，无需进行大规模的硬件修改，只需将新的算法移植到可编程逻辑器件，即可实现一次产品更新和升级。
同时，所述方法还能解决图像处理器或图像传感器设计周期冗长，投放周期长，算法使用寿命短，新算法面世时间久的问题；进而进一步的提高用户的使用体验。
本发明实施例还提供一种基于片上系统的图像数据处理系统，如图3所示，所述系统包括：
预处理模块11，用于对输入图像预处理形成图像数字信号；
图像信号处理器12，分别与预处理模块11、可编程逻辑器件13连接，用于与可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据，并将最终图像数据发送至数据接口模块；
数据接口模块14，用于打包输出最终图像数据。
本发明实施例提供的基于片上系统的图像数据处理系统主要是通过图像信号处理器12和可编程逻辑器件13配合，即由图像信号处理器硬件支撑，同时由可编程逻辑器件13软件灵活配合并行完成图像处理算法，进而优化所述图像处理算法处理方式，提高了所述系统的处理效率。
具体的，本实施例中由于图像信号处理器12选择ISP、或ISP lite(简化版本的ISP)，但是ISP或ISP lite均为专用集成电路，无法适应产品研发的要求、也无法满足客户的需求；因此，所述方法在执行所述图像处理算法时，在所述图像信号处理器作为硬件支撑下，还可利用可编程逻辑器件的可移植性，可以灵活的修改图像处理算法，优化算法结构，更高效的进行产品迭代升级，有效减少产品设计周期，进而有效的提高了所述方法和产品的灵活性，同时，还避免仅通过纯硬件设备实现所述图像处理算法时，硬件规模受限而导致所述图像处理算法无法全覆盖，导致特殊场景下图像测试不过标准的问题。
可选地，如图4所示，所述图像信号处理器12包括：
第一接收单元121，与预处理模块连接，用于接收图像数字信号；
执行单元122，用于执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据；
发送单元123，用于将第一图像数据发送至可编程逻辑器件；
第二接收模块124，与可编程逻辑器件连接，用于接收第二图像数据；
处理单元125，用于对第二图像数据进行统计或整合得出最终的图像数据。
可选地，如图5所示，所述可编程逻辑器件13包括：
接收单元131，与图像信号处理器连接，用于接收第一图像数据；
执行单元132，用于执行图像处理算法中其余复杂度高或资源耗费高的运算得出第二图像数据；
发送单元133，与图像信号处理器连接，用于将第二图像数据发送至图像信号处理器。
可选地，所述可编程逻辑器件13还包括：
场景获取单元134，用于获取输入图像的场景信息；
算法匹配单元135，用于根据所述场景信息匹配对应的图像处理算法对第一图像数据进行处理形成第二图像数据。
可选地，所述预处理模块包括：
拜耳阵列111，用于将可见光数据转化为连续的模拟电信号，
模拟信号运算模块ASP112，用于将连续的模拟电信号转化为离散的图像数字信号进行定点化处理；
数字控制模块DCP113，用于控制将离散的定点信号按照一定的格式传递到数字图像处理电路ISP lite进行数字图像处理和统计。
本实施例的系统，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述基于片上系统的图像数据处理系统。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于片上系统的图像数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
对输入图像预处理形成图像数字信号；
由图像信号处理器和可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据；所述由图像信号处理器和可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据包括：由图像信号处理器执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据；将第一图像数据发送至可编程逻辑器件，并由可编程逻辑器件执行图像处理算法中其余复杂度高或资源耗费高的运算得出第二图像数据；将第二图像数据发送至图像信号处理器；由图像信号处理器对第二图像数据进行统计或整合得出最终的图像数据；其中，所述图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算和其余复杂度高或资源耗费高的运算是按算法类型或计算资源耗费量对图像处理算法进行分割；
在由图像信号处理器按算法类型或计算资源耗费量对图像处理算法进行分割，并执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据、或在所述将第一图像数据发送至可编程逻辑器件之后，所述方法还包括：获取输入图像的场景信息；根据所述场景信息，由可编程逻辑器件匹配对应的图像处理算法对第一图像数据进行处理形成第二图像数据；
将最终图像数据发送至数据接口模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由图像信号处理器执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据包括：
由图像信号处理器按输入图像的图像尺寸分割成N块图像数字信号；
由图像信号处理器依次对N块图像数字信号进行图像处理，并得出N块第一图像数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述由图像信号处理器依次对N块图像数字信号进行图像处理，并得出N块第一图像数据之后，所述方法还包括：
依次将N块第一图像数据发送至可编程逻辑器件；
由可编程逻辑器件对N块第一图像数据中预设参数或结果进行统计得出输入图像的第二图像数据。
4.一种基于片上系统的图像数据处理系统，其特征在于，包括：
预处理模块，用于对输入图像预处理形成图像数字信号；
图像信号处理器，分别与预处理模块、可编程逻辑器件连接，用于与可编程逻辑器件软硬配合对所述图像数字信号执行图像处理算法并得出最终图像数据，并将最终图像数据发送至数据接口模块；所述图像信号处理器包括：第一接收单元，与预处理模块连接，用于接收图像数字信号；执行单元，用于执行图像处理算法中复杂度低或资源耗费低的运算得出第一图像数据；发送单元，用于将第一图像数据发送至可编程逻辑器件；第二接收模块，与可编程逻辑器件连接，用于接收第二图像数据；处理单元，用于对第二图像数据进行统计或整合得出最终的图像数据；所述可编程逻辑器件包括：接收单元，与图像信号处理器连接，用于接收第一图像数据；场景获取单元，用于获取输入图像的场景信息；算法匹配单元，用于根据所述场景信息匹配对应的图像处理算法对第一图像数据进行处理形成第二图像数据；执行单元，用于执行图像处理算法中其余复杂度高或资源耗费高的运算得出第二图像数据；发送单元，与图像信号处理器连接，用于将第二图像数据发送至图像信号处理器；
数据接口模块，用于打包输出最终图像数据。
5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求4所述的基于片上系统的图像数据处理系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100191, Haidian District, Zhichun Road, Beijing No. 7 to the real building, block B, 18 Applicant after: Beijing Ziguang zhanrui Communication Technology Co.,Ltd. Address before: 100191, Haidian District, Zhichun Road, Beijing No. 7 to the real building, block B, 18 Applicant before: BEIJING SPREADTRUM HI-TECH COMMUNICATIONS TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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