CN111193873B - 一种图像快速调光系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种图像快速调光系统及方法，公开一种图像快速调光系统，包括，CMOS图像传感器，用于采集图像数据并将图像数据传送到芯片系统；芯片系统，包括，CPU处理单元，用于接收CMOS图像传感器传送的图像数据，根据所述图像数据计算当前图像所需的增益值和曝光值，并通过IIC控制单元将增益值和曝光值发送到CMOS图像传感器；IIC控制单元，通过burst模式接收所述CPU处理单元写入的所述增益值、曝光值以及相应的地址信息并存储到数据存储FIFO中，并将数据存储FIFO中的数据传输到CMOS传感器，当数据存储FIFO中数据传输完成后通过中断上报给CPU处理单元。

Description

一种图像快速调光系统及方法

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种图像快速调光系统及方法。

背景技术

条码识读是将条码图像转换为数据信息的技术，主要由条码图像采集和解码处理两个部分构成。条码图像采集通过光学图像传感器扫描条码图像，将光信号转换为电信号。解码处理将采集的电信号按照一定的规则翻译成相应数据信息的过程。条码的识读设备依识读原理的不同可分激光识读设备、线性CCD识读设备、面阵CMOS/CCD识读设备。

在研发和生产条码识读设备的过程中，为保证识读设备的识别能力，需要对设备进行条码解码测试，来发现识读设备的不足之处，通过对测试的数据和采集图片进行分析，改进图像采集和解码技术来提高识读条码的性能。目前识读设备的图像调光过程为：首先通过CPU的图像控制器将外部的CMOS摄像头的图像数据采集到内存中，等待采集完毕后CPU开始计算相应区域图像的平均亮度值，并根据计算出的亮度值进行曝光值和增益值的计算，计算后的值通过IIC总线下发到CMOS摄像头芯片。

CPU计算平均亮度值需要占用CPU时间，从而产生迟滞，使得无法精确的通过IIC下发增益值和曝光值；另外，通用的IIC控制器下发增益值和曝光值也需要占用CPU资源，而无法将CPU资源最大化的给解码使用。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种快速计算出平均亮度使得图像曝光值和增益值无迟滞精准下发以及可释放出CPU资源的快速调光系统及方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种图像快速调光系统，包括

CMOS图像传感器，用于采集图像数据并将图像数据传送到芯片系统；

芯片系统，包括，

CPU处理单元，用于接收CMOS图像传感器传送的图像数据，根据所述图像数据计算当前图像所需的增益值和曝光值，并通过IIC控制单元将增益值和曝光值发送到CMOS图像传感器；

IIC控制单元，通过burst模式接收所述CPU处理单元写入的所述增益值、曝光值以及相应的地址信息并存储到数据存储FIFO中，并将数据存储FIFO中存储的所述曝光值和增益值按照所述相应的地址传输给CMOS传感器，当数据存储FIFO中数据传输完成后通过中断上报给CPU处理单元。

其中，所述芯片系统还包括：

多路驱动单元，用于接收CMOS传感器传输的图像数据，将图像数据复制成两路并分别传输给CPU处理单元和平均亮度计算单元；

平均亮度计算单元，用于计算由所述CPU处理单元预配置的图像起始位置至图像结束位置内图像数据的平均亮度值，并将所述平均亮度值通过中断上报到CPU处理单元。其中，

所述平均亮度计算单元从所述预配置的图像起始位置开始实时累加接收到的图像数据直至预配置图像结束位置，将累加结果数据除以累加数据个数获得平均亮度值。

其中，所述平均亮度计算单元包括起始坐标寄存器、宽高设置寄存器、信号产生单元、累加计算单元、除法求平均单元以及平均亮度寄存器，CPU处理单元通过对起始坐标寄存器以及宽高设置寄存器的数据写入进行图像起始位置和图像结束位置的预配置；信号产生单元用于根据行场信号以及图像起始位置和结束位置来确定有效累计信号区间，，所述累加计算单元用于在有效累计信号区间内进行实时图像数据累计，所述除法求平均单元用于在有效累计信号区间结束时计算平均亮度值。

其中，所述平均亮度计算单元包括一图像格式寄存器，所述CPU处理单元根据CMOS图像传感器传输的图像格式对图像格式寄存器进行配置以适应累加计算单元的累加计算。

其中，所述平均亮度计算单元适用于RAW格式、RGB格式以及YUV格式图像的平均亮度计算。

其中，所述IIC控制单元包括FIFO控制寄存器、数据存储FIFO、burst写控制模块、burst写模式寄存器，所述burst写模式寄存器用于启动或关闭burst模式，当处于burst工作模式时，CPU处理单元通过FIFO控制寄存器将相应的写操作地址和写操作数据存入到数据存储FIFO中后，启动burst写控制模块，将数据存储FIFO中的数据依次发送到CMOS图像传感器中。

其中，所述CPU处理单元通过FIFO控制寄存器写入多组写操作地址以及写操作数据，所述写操作地址为所述CMOS图像传感器的物理地址以及CMOS图像传感器中需要写入数据的地址，所述写操作数据为增益值或曝光值。

其中，所述CPU处理单元接收到所述平均亮度计算单元上报的平均亮度值后，与预设的亮度期望值进行比对，计算出所需的曝光值以及增益值。

一种图像快速调光方法，包括以下步骤：

由CMOS图像传感器采集图像数据并将图像数据传送到芯片系统；

多路驱动单元接收CMOS传感器传输的图像数据，将图像数据复制成两路并分别传输给CPU处理单元和平均亮度计算单元；

CPU处理单元根据图像数据计算当前图像所需的增益值和曝光值，并通过IIC控制单元将增益值和曝光值发送到CMOS图像传感器；

IIC控制单元通过burst模式接收所述CPU处理单元写入的所述增益值、曝光值以及相应的地址信息并存储到数据存储FIFO中，并将数据存储FIFO中的数据传输到CMOS传感器，当数据存储FIFO中数据传输完成后上报中断给CPU处理单元。

本发明的有益效果为：

本发明采用的图像调光系统集成具有burst功能的IIC控制单元，内部集成了数据存储FIFO，CPU处理单元只需通过burst功能将需要写入的地址以及对应的数据写入数据存储FIFO中，启动一次发送，IIC控制单元将FIFO中的地址和对应的数据一一对应进行发送，待发送完成后通过中断上报给CPU处理单元。这样就完成了一次调光操作，在整个过程中，CPU处理单元只在关键位置参与计算以及发送，提高了芯片系统中CPU处理单元的使用效率；

本发明的图像调光系统将平均亮度计算功能硬件化，整个平均亮度的计算过程在预配置时间结束就完成了平均亮度的计算，完成后通过中断上报到CPU处理单元，告知其当前平均亮度已计算完毕。一方面，平均亮度值在图像传输完成即计算出结果，克服了现有技术中在图像传输结束后由CPU处理单元计算而导致的时间延迟，因而亮度的调节更加精准，另一方面，无需占用CPU处理单元的资源，从而将CPU资源最大化的给解码使用。

附图说明

图1为本发明实施例1中快速调光系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1中IIC控制单元的硬件实现结构示意图；

图3为本发明实施例2中快速调光系统的结构示意图；

图4为本发明实施例2中平均亮度计算单元的硬件实现结构示意图；

图5为本发明实施例2中平均亮度计算单元计算平均亮度计算完成的位置示意图；

图6为本发明实施例2中起始坐标寄存器和宽高设置寄存器设置的示意图；

图7为本发明实施例2中平均亮度计算单元的硬件实现结构示意图；

图8为本发明实施例3中快速调光系统的结构示意图；

图9为本发明实施例4中IIC控制单元的硬件实现结构示意图。

其中，附图标号为：

1-CMOS图像传感器、2-芯片系统、21-CPU处理单元、22-IIC控制单元、221-数据存储FIFO、222-FIFO控制寄存器、223-burst写控制模块、224-burst写模式寄存器、225-时钟分频寄存器、226-IIC读写控制模块、227-接收数据寄存器、228-物理地址寄存器、229-内部地址寄存器、220-写入数据寄存器、23-多路驱动单元、24-平均亮度计算单元、241-始坐标寄存器、242-宽高设置寄存器、243-信号产生单元、244-累加计算单元、245-除法求平均单元、246-平均亮度寄存器、247-图像格式寄存器、25-图像采集单元、26-图像RAM单元。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

实施例1

参见图1以及图2，图像快速调光系统包括：

CMOS图像传感器1，用于采集图像数据并将图像数据传送到芯片系统2；外部CMOS图像传感器1是一种将光讯号转化为电讯号的传感器设备，它将采集到的图像数据通过数据总线传送到芯片系统2上。

芯片系统2，包括，

CPU处理单元21，用于接收CMOS图像传感器1传送的图像数据，根据所述图像数据计算当前图像所需的增益值和曝光值，并通过IIC控制单元22将增益值和曝光值发送到CMOS图像传感器1；

参见图2，IIC控制单元22，通过burst模式接收所述CPU处理单元21写入的所述增益值、曝光值以及相应的地址信息并存储到数据存储FIFO中，并将数据存储FIFO221中存储的所述曝光值和增益值按照所述相应的地址传输给CMOS传感器1，当数据存储FIFO221中数据传输完成后通过中断上报给CPU处理单元21。

一般的IIC控制器无法完成非连续地址的连续写操作，而CMOS传感器1型号不同，其接收增益值和曝光值的地址不同，且存在需要在多个不同的地址分别写入增益值或曝光值，因此，CPU处理单元21通过IIC控制器传送增益值和曝光值时，每次通过IIC控制器在一个地址完成写入数据后，IIC控制器将会通过中断反馈至CPU处理单元21，继而开始下一次的写入，如此循环直至全部写入完成，在这个过程中，需要CPU处理单元21进行全程参与，因而占用CPU处理单元21资源。

本实施例中的IIC控制单元22，内部集成了数据存储FIFO221，CPU处理单元21只需通过burst功能将需要写入的地址以及对应的数据写入数据存储FIFO221中，启动一次发送，IIC控制单元22将FIFO中的地址和对应的数据一一对应进行发送，待发送完成后通过中断上报给CPU处理单元21。这样就完成了一次调光操作，在整个过程中，CPU处理单元21只在关键位置参与计算以及发送，提高了芯片系统中CPU处理单元21的使用效率。

本实施例中，IIC控制单元21的硬件实现参见图2，所述IIC控制单元包括FIFO控制寄存器222、数据存储FIFO221、burst写控制模块223、burst写模式寄存器224，所述burst写模式寄存器用于启动或关闭burst模式，当处于burst工作模式时，CPU处理单元21通过FIFO控制寄存器222将相应的写操作地址和写操作数据存入到数据存储FIFO221中后，启动burst写控制模块，将数据存储FIFO221中的数据依次发送到CMOS图像传感器1中。

IIC控制单元22的SCL时钟由系统时钟分频得到的，通过设置时钟分频寄存器225的分频系数，可以改变SCL时钟的频率。IIC读写控制模块226将并行的数据转换为串行的数据输出给外部的CMOS传感器设备。当要进行BURST写操作时，需处于burst工作模式，首先需要将BURST写模式寄存器224设置为BURST模式，CPU处理单元21通过FIFO控制寄存器222将相应的写操作地址和写操作的数据都存入到数据存储FIFO中，而后启动BURST写控制模块，实现将非连续地址批量写入功能，当批量写完后会上报中断给CPU处理单元21。

实施例2

参见图3，芯片系统还包括多路驱动单元以及平均亮度计算单元，

多路驱动单元23，用于接收CMOS传感器传输的图像数据，将图像数据复制成两路并分别传输给CPU处理单元和平均亮度计算单元；

平均亮度计算单元24，用于计算由所述CPU处理单元21预配置的图像起始位置至图像结束位置内图像数据的平均亮度值，并将所述平均亮度值通过中断上报到CPU处理单元21。

本实施例中，所述平均亮度计算单元24从所述预配置时间的图像起始位置开始实时累加接收到的图像数据直至预配置图像结束位置，将累加结果数据除以累加数据个数获得平均亮度值。

参见图4-图6，本实施例中，所述平均亮度计算单元24包括起始坐标寄存器241、宽高设置寄存器242、信号产生单元243、累加计算单元244、除法求平均单元245以及平均亮度寄存器246，CPU处理单元通过对起始坐标寄存器以及宽高设置寄存器的数据写入进行图像起始位置和图像结束位置的预配置；信号产生单元用于根据行场信号以及图像起始位置和结束位置来确定有效累计信号区间，所述累加计算单元244用于在在有效累计信号区间内进行实时图像数据累计，所述除法求平均单元245用于在有效累计信号区间结束时计算平均亮度值。

CPU处理单元21通过APB接口来控制寄存器的读写，包括起始坐标寄存器241、宽高设置寄存器242，通过对上述寄存器的设定可以灵活的截取任意区域的图像数据进行平均亮度的计算，参见图6，根据起始坐标以及图像的宽高就可以设定出图像区域。信号产生单元根据行场信号、图像起始位置和图像结束位置来确定有效累计信号区间，参见图5，图像起始位置和图像结束位置在行场信号FV/LV内对应的信号位置区间即为有效累计信号区间，图中标出了有效累计信号区间结束的位置。累加计算单元根据上述有效累计信号区间开始位置的有效数据进行相应的累加，待累加完毕后除法求平均单元将累加结果值除去累加个数就得到了平均亮度值，将平均亮度值存储在平均亮度寄存器中供CPU查询，计算完毕后会上报一个中断给CPU处理单元。

参见图7，本实施例中，所述平均亮度计算单元包括一图像格式寄存器246，所述CPU处理单元根据CMOS图像传感器传输的图像格式对图像格式寄存器进行配置以适应累加计算单元的累加计算。

所述平均亮度计算单元适用于RAW格式、RGB格式以及YUV格式图像的平均亮度计算。

整个平均亮度的计算过程在预配置时间结束就完成了平均亮度的计算，完成后通过中断上报到CPU处理单元21，告知其当前平均亮度已计算完毕。

CPU处理单元21接收到平均亮度计算单元24的中断后，开始读出当前平均亮度值，并将平均亮度值与预设的期望亮度值做比较，从而调整增益值和曝光值，上述增益值和曝光值的调整计算时间很短。CPU处理单元计算完成后，将增益值和曝光值传输给IIC控制单元22，由其将数据发送给CMOS图像传感器1。

实施例3

参见图8，与实施例1和实施例2不同的是，芯片系统还包括：图像采集单元25和图像RAM单元26，多路驱动单元将图像数据复制成两路后，其中一路将图像数据传送到图像采集单元，图像采集单元将图像数据从模拟输入转化为微机系统所需的数据量，以便与CPU接口，图像采集单元输出数据后先存入到图像RAM单元，以供CPU计算单元读取。

实施例4

参见图9，与实施例1不同的是，IIC控制单元还包括了通用IIC控制器的功能，集成了接收数据寄存器227、物理地址寄存器228、内部地址寄存器229以及写入数据寄存器220，当IIC控制单元22作为使用进行一次写操作时：CPU处理单元21将写入相应外部IIC设备(CMOS图形传感器)的物理地址、外部设备的写操作地址和需要写入的数据值，而后启动一次写操作，操作完成后会上报中断给CPU处理单元21。当作为通用控制器使用进行一次写操作时：CPU处理单元将写入相应外部IIC设备的物理地址、外部设备的读操作地址，而后启动一次读操作，操作完成后会上报中断给CPU处理单元21，CPU处理单元则将相应的数据从接收数据寄存器227读出。应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像快速调光系统，其特征在于：包括

CMOS图像传感器，用于采集图像数据并将图像数据传送到芯片系统；

芯片系统，包括，

CPU处理单元，用于接收CMOS图像传感器传送的图像数据，根据所述图像数据计算当前图像所需的增益值和曝光值，并通过IIC控制单元将增益值和曝光值发送到CMOS图像传感器；

IIC控制单元，通过burst模式接收所述CPU处理单元写入的所述增益值、曝光值以及相应的地址信息并存储到数据存储FIFO中，并将数据存储FIFO中存储的所述曝光值和增益值按照所述相应的地址传输给CMOS传感器，传输完成后通过中断上报给CPU处理单元。

2.如权利要求1所述的一种图像快速调光系统，其特征在于：所述芯片系统还包括：

多路驱动单元，用于接收CMOS传感器传输的图像数据，将图像数据复制成两路并分别传输给CPU处理单元和平均亮度计算单元；

平均亮度计算单元，用于计算由所述CPU处理单元预配置的图像起始位置至图像结束位置内图像数据的平均亮度值，并将所述平均亮度值通过中断上报到CPU处理单元。

3.如权利要求2所述的一种图像快速调光系统，其特征在于：所述平均亮度计算单元从所述预配置的图像起始位置开始实时累加接收到的图像数据直至预配置图像结束位置，将累加结果数据除以累加数据个数获得平均亮度值。

4.如权利要求3所述的一种图像快速调光系统，其特征在于：所述平均亮度计算单元包括起始坐标寄存器、宽高设置寄存器、信号产生单元、累加计算单元、除法求平均单元以及平均亮度寄存器，CPU处理单元通过对起始坐标寄存器以及宽高设置寄存器的数据写入进行图像起始位置和图像结束位置的预配置；信号产生单元用于根据行场信号以及图像起始位置和结束位置来确定有效累计信号区间，所述累加计算单元用于在有效累计信号区间内进行实时图像数据累计，所述除法求平均单元用于在有效累计信号区间结束时计算平均亮度值。

5.如权利要求4所述的一种图像快速调光系统，其特征在于：所述平均亮度计算单元包括一图像格式寄存器，所述CPU处理单元根据CMOS图像传感器传输的图像格式对图像格式寄存器进行配置以适应累加计算单元的累加计算。

6.如权利要求5所述的一种图像快速调光系统，其特征在于：所述平均亮度计算单元适用于RAW格式、RGB格式以及YUV格式图像的平均亮度计算。

7.如权利要求1或2所述的一种图像快速调光系统，其特征在于：所述IIC控制单元包括FIFO控制寄存器、数据存储FIFO、burst写控制模块、burst写模式寄存器，所述burst写模式寄存器用于启动或关闭burst模式，当处于burst工作模式时，CPU处理单元通过FIFO控制寄存器将相应的写操作地址和写操作数据存入到数据存储FIFO中后，启动burst写控制模块，将数据存储FIFO中的数据依次发送到CMOS图像传感器中。

8.如权利要求7所述的一种图像快速调光系统，其特征在于：所述CPU处理单元通过FIFO控制寄存器写入多组写操作地址以及写操作数据，所述写操作地址为所述CMOS图像传感器的物理地址以及CMOS图像传感器中需要写入数据的地址，所述写操作数据为增益值或曝光值。

9.如权利要求2至6任一项所述的一种图像快速调光系统，其特征在于：所述CPU处理单元接收到所述平均亮度计算单元上报的平均亮度值后，与预设的亮度期望值进行比对，计算出所需的曝光值以及增益值。

10.一种图像快速调光方法，包括以下步骤：

由CMOS图像传感器采集图像数据并将图像数据传送到芯片系统；

多路驱动单元接收CMOS传感器传输的图像数据，将图像数据复制成两路并分别传输给CPU处理单元和平均亮度计算单元；

CPU处理单元根据图像数据计算当前图像所需的增益值和曝光值，并通过IIC控制单元将增益值和曝光值发送到CMOS图像传感器；

IIC控制单元通过burst模式接收所述CPU处理单元写入的所述增益值、曝光值以及相应的地址信息并存储到数据存储FIFO中，并将数据存储FIFO中的数据传输到CMOS传感器，当数据存储FIFO中数据传输完成后上报中断给CPU处理单元。

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