CN113114993A - 一种基于fpga的无线图像采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的无线图像采集系统，属于图像采集技术领域，包括ARM无线控制模块、图像采集模块、图像处理模块、FPGA处理模块、网络数据传输模块、无线网卡模块、图像拼接模块和显示模块，其中，ARM无线控制模块与图像采集模块通讯连接；所述图像采集模块与图像处理模块通过内网连接；所述图像处理模块与FPGA处理模块通讯连接；所述FPGA处理模块与网络数据传输模块无线连接；所述网络数据传输模块与无线网卡模块无线连接，本发明能够避免重复采集，使得图像帧数据连续后的影像不易出现拖影的畸变，提高了图像采集的效果，避免影响图像的显示，且能够采集巨幅图像，使得系统的应用不受限制，利于系统的推广。

Description

一种基于FPGA的无线图像采集系统
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的无线图像采集系统。
背景技术
随着计算机的网络传输技术和通信技术的迅速发展，无线远距离视频传输已经成为一种趋势，该技术已经逐渐被应用在远程监控、空中航拍和电话会议，目前采用的视频监控系统一般为：使用高成像质量的图像传感器摄像头，通过S-VIDEO端子实时传输数据，该系统需要摄像头和采集设备连线，同时监控中心还要有较大的存储空间来存储图像和视频片段，这种系统的实时性高，但能耗大成本高，因此仅适合于公共场所的安防和监控，而基于FPGA的无线图像采集系统以其低功耗和可重构的特点已成为合适的选择。
经检索，中国专利号CN201120476064.0公开了基于FPGA的无线图像采集系统，其无法采集巨幅图像，使得系统的应用受限，不利于系统推广使用，同时无法实现图像数据的连续采集，无法保证图像数据的完整性，且一般的系统移动采集图像时，易使影像有类似拖影的畸变，使得图像采集的效果较差，从而影像图像的显示，带来了系统缺陷的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种基于FPGA的无线图像采集系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于FPGA的无线图像采集系统，包括ARM无线控制模块、图像采集模块、图像处理模块、FPGA处理模块、网络数据传输模块、无线网卡模块、图像拼接模块和显示模块；
其中，ARM无线控制模块与图像采集模块通讯连接；所述图像采集模块与图像处理模块通过内网连接；所述图像处理模块与FPGA处理模块通讯连接；所述FPGA处理模块与网络数据传输模块无线连接；所述网络数据传输模块与无线网卡模块无线连接；所述无线网卡模块与图像处理模块通讯连接；所述图像拼接模块与显示模块通讯连接；所述显示模块通过无线网卡模块和网络数据传输模块与图像处理模块通讯连接。
进一步地，所述ARM无线控制模块用于用户输入控制命令，并将控制命令发送至图像采集模块；所述图像采集模块包括闪光灯单元、CMOS传感单元、激光位置传感单元与陀螺仪角度传感器，所述图像采集模块用于采集图像，生成图像数据，图像数据包括图像帧数据和图像帧坐标数据，图像帧坐标数据包括平面坐标值和空间坐标系偏角数据，其中，生成图像数据的具体操作为：
S1、闪光灯单元接收控制命令，从而对图像逐行进行曝光；
S2、再由CMOS传感单元接收反光，并通过模数转换器生成图像帧数据；
S3、激光位置传感单元采集当前位置的平面坐标值，陀螺仪角度传感器采集当前局部的空间坐标系偏角数据；
S4、将平面坐标值和空间坐标系偏角数据封包至图像帧数据顶部。
进一步地，步骤S2中所述图像帧数据的有效像素为320×480。
进一步地，所述图像处理模块用于接收图像数据并对其进行规范化处理，并判断发送图像数据至FPGA处理模块，其判断发送图像数据具体为：
SS1、设置图像数据发送标准值；
SS2、累计图像采集模块发送的图像数据，生成累计值；
SS3、判断图像数据是否发送，具体为：
A、若累计值＜标准值，则不发送，返回步骤SS2，依次循环；
B、若累计值＝标准值，则发送；
所述FPGA处理模块用于计算平面坐标值和空间坐标系的绝对值和，生成范围值，并将范围值和图像数据发送至网络数据传输模块；所述网络数据传输模块用于范围值和图像数据的网络传输，并传输至无线网卡模块；所述无线网卡模块用于将范围值和图像数据发送至图像拼接模块；所述图像拼接模块用于拼接图像数据，得到还原目标图像，并将还原目标图像发送至显示模块，且得到还原目标图像的具体过程为：
SSS1、以范围值为参考，确定目标图像的范围；
SSS2、读取图像数据顶部的平面坐标值和空间坐标系偏角，再根据平面坐标值和空间坐标系偏角排序图像数据，得到排序图像数据；
SSS3、拼接排序图像数据，得到还原目标图像。
进一步地，所述规范化处理包括分辨率处理、角度处理、光度处理、色度处理、饱和度处理和对比度处理。
进一步地，所述显示模块包括显示单元和设置单元，所述显示单元显示还原目标图像，所述设置单元用于设置规范化处理的数据，并将规范化处理的数据通过无线网卡模块发送至网络数据传输模块，再由网络数据传输模块将规范化处理的数据发送至图像处理模块。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过图像采集模块内的闪光灯单元逐行进行曝光，从而使得CMOS传感单元间歇接收反光，并通过模数转化器生成图像帧数据，达到避免重复采集的目的，使得图像帧数据连续后的影像不易出现拖影的畸变，提高了图像采集的效果，避免影响图像的显示，同时生成图像数据，再将图像数据由图像处理模块进行规范化处理，达到便于后期显示的目的，使得后期还原的目标图像得以优化。
2、本发明通过图形处理模块能够周期性的定值传输图像数据，使得图像数据周期性进入FPGA处理模块，达到稳定传输图像数据的目的，使得图像采集不受传输内存的影像，从而达到图像数据的连续采集，再由FPGA处理模块生成范围值，再将范围值和图像数据通过网络数据传输模块和无线网卡模块发送至图像拼接模块，再由图像拼接模块还原目标图像，达到可采集巨幅图像的目的，使得系统的应用不受限制，利于系统的推广。
综上所述，该装置能够解决现有的问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的一种基于FPGA的无线图像采集系统的系统框图。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，一种基于FPGA的无线图像采集系统，包括ARM无线控制模块、图像采集模块、图像处理模块、FPGA处理模块、网络数据传输模块、无线网卡模块、图像拼接模块和显示模块；
其中，ARM无线控制模块与图像采集模块通讯连接；图像采集模块与图像处理模块通过内网连接；图像处理模块与FPGA处理模块通讯连接；FPGA处理模块与网络数据传输模块无线连接；网络数据传输模块与无线网卡模块无线连接；无线网卡模块与图像处理模块通讯连接；图像拼接模块与显示模块通讯连接；显示模块通过无线网卡模块和网络数据传输模块与图像处理模块通讯连接。
ARM无线控制模块用于用户输入控制命令，并将控制命令发送至图像采集模块；图像采集模块包括闪光灯单元、CMOS传感单元、激光位置传感单元与陀螺仪角度传感器，图像采集模块用于采集图像，生成图像数据，图像数据包括图像帧数据和图像帧坐标数据，图像帧坐标数据包括平面坐标值和空间坐标系偏角数据，其中，生成图像数据的具体操作为：
S1、闪光灯单元接收控制命令，从而对图像逐行进行曝光；
S2、再由CMOS传感单元接收反光，并通过模数转换器生成图像帧数据；
S3、激光位置传感单元采集当前位置的平面坐标值，陀螺仪角度传感器采集当前局部的空间坐标系偏角数据；
S4、将平面坐标值和空间坐标系偏角数据封包至图像帧数据顶部。
步骤S2中图像帧数据的有效像素为320×480。
图像处理模块用于接收图像数据并对其进行规范化处理，并判断发送图像数据至FPGA处理模块，其判断发送图像数据具体为：
SS1、设置图像数据发送标准值；
SS2、累计图像采集模块发送的图像数据，生成累计值；
SS3、判断图像数据是否发送，具体为：
A、若累计值＜标准值，则不发送，返回步骤SS2，依次循环；
B、若累计值＝标准值，则发送；
FPGA处理模块用于计算平面坐标值和空间坐标系的绝对值和，生成范围值，并将范围值和图像数据发送至网络数据传输模块；网络数据传输模块用于范围值和图像数据的网络传输，并传输至无线网卡模块；无线网卡模块用于将范围值和图像数据发送至图像拼接模块；图像拼接模块用于拼接图像数据，得到还原目标图像，并将还原目标图像发送至显示模块，且得到还原目标图像的具体过程为：
SSS1、以范围值为参考，确定目标图像的范围；
SSS2、读取图像数据顶部的平面坐标值和空间坐标系偏角，再根据平面坐标值和空间坐标系偏角排序图像数据，得到排序图像数据；
SSS3、拼接排序图像数据，得到还原目标图像。
规范化处理包括分辨率处理、角度处理、光度处理、色度处理、饱和度处理和对比度处理。
显示模块包括显示单元和设置单元，显示单元显示还原目标图像，设置单元用于设置规范化处理的数据，并将规范化处理的数据通过无线网卡模块发送至网络数据传输模块，再由网络数据传输模块将规范化处理的数据发送至图像处理模块。
本发明的工作原理及使用流程：用户通过ARM无线控制模块向图像采集模块发送控制命令，使得图像采集模块内的闪光灯单元逐行进行曝光，从而使得CMOS传感单元间歇接收反光，并通过模数转化器生成图像帧数据，达到避免重复采集的目的，使得图像帧数据连续后的影像不易出现拖影的畸变，提高了图像采集的效果，避免影响图像的显示，再由图像采集模块内的激光位置传感单元采集各位置的平面坐标值，陀螺仪角度传感器采集各位置的空间坐标系偏角数据，从而结合图像帧数据，生成图像数据，再将图像数据由图像处理模块进行规范化处理，达到便于后期显示的目的，使得后期还原的目标图像得以优化，同时图形处理模块能够周期性的定值传输图像数据，使得图像数据周期性进入FPGA处理模块，达到稳定传输图像数据的目的，使得图像采集不受传输内存的影像，从而达到图像数据的连续采集，再由FPGA处理模块生成范围值，再将范围值和图像数据通过网络数据传输模块和无线网卡模块发送至图像拼接模块，再由图像拼接模块还原目标图像，达到可采集巨幅图像的目的，使得系统的应用不受限制，利于系统的推广，完成操作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于，包括ARM无线控制模块、图像采集模块、图像处理模块、FPGA处理模块、网络数据传输模块、无线网卡模块、图像处理模块和显示模块；
其中，ARM无线控制模块与图像采集模块通讯连接；所述图像采集模块与图像处理模块通过内网连接；所述图像处理模块与FPGA处理模块通讯连接；所述FPGA处理模块与网络数据传输模块无线连接；所述网络数据传输模块与无线网卡模块无线连接；所述无线网卡模块与图像处理模块通讯连接；所述图像处理模块与显示模块通讯连接；所述显示模块通过无线网卡模块和网络数据传输模块与图像处理模块通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于，所述ARM无线控制模块用于用户输入控制命令，并将控制命令发送至图像采集模块；所述图像采集模块包括闪光灯单元、CMOS传感单元、激光位置传感单元与陀螺仪角度传感器，所述图像采集模块用于采集图像，生成图像数据，图像数据包括图像帧数据和图像帧坐标数据，图像帧坐标数据包括平面坐标值和空间坐标系偏角数据，其中，生成图像数据的具体操作为：
S1、闪光灯单元接收控制命令，从而对图像逐行进行曝光；
S2、再由CMOS传感单元接收反光，并通过模数转换器生成图像帧数据；
S3、激光位置传感单元采集当前位置的平面坐标值，陀螺仪角度传感器采集当前局部的空间坐标系偏角数据；
S4、将平面坐标值和空间坐标系偏角数据封包至图像帧数据顶部。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于，步骤S2中所述图像帧数据的有效像素为320×480。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于，所述图像处理模块用于接收图像数据并对其进行规范化处理，并判断发送图像数据至FPGA处理模块，其判断发送图像数据具体为：
SS1、设置图像数据发送标准值；
SS2、累计图像采集模块发送的图像数据，生成累计值；
SS3、判断图像数据是否发送，具体为：
A、若累计值＜标准值，则不发送，返回步骤SS2，依次循环；
B、若累计值＝标准值，则发送；
所述FPGA处理模块用于计算平面坐标值和空间坐标系的绝对值和，生成范围值，并将范围值和图像数据发送至网络数据传输模块；所述网络数据传输模块用于范围值和图像数据的网络传输，并传输至无线网卡模块；所述无线网卡模块用于将范围值和图像数据发送至图像拼接模块；所述图像拼接模块用于拼接图像数据，得到还原目标图像，并将还原目标图像发送至显示模块，且得到还原目标图像的具体过程为：
SSS1、以范围值为参考，确定目标图像的范围；
SSS2、读取图像数据顶部的平面坐标值和空间坐标系偏角，再根据平面坐标值和空间坐标系偏角排序图像数据，得到排序图像数据；
SSS3、拼接排序图像数据，得到还原目标图像。
5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于，所述规范化处理包括分辨率处理、角度处理、光度处理、色度处理、饱和度处理和对比度处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的无线图像采集系统，其特征在于，所述显示模块包括显示单元和设置单元，所述显示单元显示还原目标图像，所述设置单元用于设置规范化处理的数据，并将规范化处理的数据通过无线网卡模块发送至网络数据传输模块，再由网络数据传输模块将规范化处理的数据发送至图像处理模块。
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