CN212305508U - 一种基于5g的cis多通道图像采集和传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于图像采集和传输技术领域，公开了一种基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，包括实时采集图像的图像采集模块；通过D2D通信方式与每个图像采集模块相连接，用于将图像数据进行处理，判断图像内容是否存在异常的图像处理模块；与图像处理模块相连接，用于实现图像数据传输的图像传输装置。本实用新型的CIS图像传感器将光电传感阵列，LED光源阵列，柱状透镜阵列集成在条状方形盒内，拥有体积小，价格低，安装方便等优点，因为其自带LED光源，解决了传统CMOS传感器在弱光条件下图像采集效果差的弊端。基于5G进行数据传输，解决了传统USB传输距离短和WiFi传输信号不稳定的弊端。

Description

一种基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置

技术领域

本实用新型属于图像采集和传输技术领域，尤其涉及一种基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置。

背景技术

目前，人类获取信息的来源有很多，其中图像信息约占60％，是人类获取信息的主要来源。随着科技的发展，多媒体通信、图像处理、深度学习，自动化生产等科研领域的研究需要大量图像数据作为基础，也对图像信息的采集与传输提出了越来越高的要求，因此如何进行图像信息的采集以及图像信息的传输成为了近年来研究的一个热点问题。

现有的图像采集和传输装置，譬如申请号为201920270087.2的一种基于 FPGA(Field Programmable Gate Array)采集工业相机图像的USB传输装置，是将两路工业相机通过Camera link与FPGA相连，同时FPGA与第一晶振、第二晶振、USB3.0控制器和工控机相连，其中工业相机用于图像采集，并将图像数据发送给FPGA芯片，当FPGA接收到每个通道的工业相机发来的图像信号后，发送给USB3.0控制器，再将图像信号传给工控机，实现了图像信息的实时采集、传输和存储。但随着图像数据的需求日益增大，图像采集的通道数必须增加，但是工业相机造价昂贵，增加工业相机数量无疑增加了成本，因此图像采集的数据量受限，而且采用USB线传输数据，最大的弊端在于传输距离受限，USB 数据线的长度一般小于5米，而且设备如果增多，接线也将变得复杂，无法适应目前复杂的工厂环境。

针对于USB线传输距离短的问题，现有的某些装置做出了一些改善，例如申请号为201610917405.0的基于WiFi无线传输的CMOS传感器图像采集系统，该系统使用CMOS传感器进行图像采集，拥有体积小，成本低，功耗小的优点，利用WiFi进行图像数据传输，增大了传输距离。但是该系统也存在部分缺陷， CMOS传感器易受环境的影响，在低照度的条件下，CMOS传感器采集的图像会出现几何畸变和噪声。利用WiFi传输图像数据与USB传输相比虽然增大了传输距离，可以在局域网内进行数据传输，但传输距离仍有上限，且WiFi信号是依靠无线电波进行传输，任何障碍物都可能阻碍电磁波的传输，导致WiFi传输数据不稳定，造成数据的丢失，并且无线信道的传输速率远小于有线信道，只适合于个人终端和小规模网络的应用。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)在现有的图像采集方法中，采用工业相机进行图像采集成本过高，而采用CMOS传感器进行图像采集易受低照度环境影响，导致图像出现几何畸变和噪声，无法满足需求。

(2)在现有的图像信息传输装置中，采用串口通信协议，例如采用USB 协议进行传输，数据传输距离短，图像采集效率低，不方便拓展。

(3)现有无线传输技术大多数使用的第四代WiFi传输技术，最快的传输速度只有150Mbps，而且只能在局域网中进行传输，信号易受到干扰。而有线传输(例如USB传输)虽然能提高传输速率，却存在传输距离短，接线复杂等问题。

解决以上问题及缺陷的难度为：在图像采集方面，传统工业相机和CCD传感器进行图像采集，图像质量损失较大，无法满足需求。在图像数据传输方面， USB传输的速度快，弊端在于传输距离短，WiFi传输的传输范围相比于USB 传输更广，但信号易受到干扰，且传输速度慢。需要一种传输速度快、稳定性搞且传输距离广的传输方式。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明一种基于5G的CIS多通道图像采集和传输方法及传输系统，解决了USB传输距离短，WiFi传输不稳定的弊端，5G 传输距离比WiFi更广，传输速度更快，且信号稳定。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置。

本实用新型是这样实现的，一种基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置包括：

至少一个用于实时采集图像的图像采集模块；

通过D2D通信方式与每个图像采集模块相连接，用于将图像数据进行处理，判断图像内容是否存在异常的图像处理模块；

与所述图像处理模块相连接，用于实现图像数据传输的图像传输装置。

进一步，所述图像处理模块还通过5G蜂窝移动通信方式连接用户监控终端和图像存入数据库。

进一步，所述图像采集模块设置有用于为FPGA芯片和A/D转换器提供时序驱动的FPGA芯片；

与FPGA芯片相连接，将所采集图片的每一个像素的灰度值以模拟电压信号的形式串行输出的CIS图像传感器；

与CIS图像传感器相连接，用于对灰度值的模拟电压信号进行处理的差动放大电路；

分别与FPGA芯片和差动放大电路相连接，将模拟信号转换成数字信号的 A/D转换器；

与FPGA芯片相连接，用于对FPGA芯片进行控制，并接收FPGA芯片所传输的图像数据的ARM处理器；

与ARM处理器相连接，用于暂时存储ARM处理器收到的图像数据的RAM 存储器；

与ARM处理器相连，用于接将图像数据传送给图像处理模块进行处理的5G通信模块。

进一步，所述CIS图像传感器是由LED光源系统和感光系统的单件构成的集成模块。

进一步，所述图像传输装置由5G通信模块和5G核心网构成。

进一步，所述5G通信模块在一对多D2D通信模式下，图像数据直接在图像采集模块和图像处理模块之间传输。

结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：

第一，CIS将光电传感阵列，LED光源阵列，柱状透镜阵列集成在条状方形盒内，是一种新型光电耦合器件，拥有体积小，价格低，安装方便等优点，因为其自带LED光源，解决了传统CMOS传感器在弱光条件下图像采集效果差的弊端。

第二，本实用新型基于5G传输，与传统的USB3.0传输和80211b(2.4G)WiFi 传输方式相比，如表1所示：

传输方式	传输速度	传输距离	传输稳定性
				USB	500MB/s	3-5米	稳定
WiFi	11MB/s	局域网	易受干扰
				5G	128MB/s	5G基站覆盖范围	稳定

表1

与传统USB传输和WiFi传输相比，5G传输拥有传输速度快，传输距离远和传输稳定性强的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的图像采集模块的内部结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置的组成示意图。

图3是本实用新型实施例提供的基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置的工作流程图。

图4是本实用新型实施例提供的5G D2D传输示意图。

图5是本实用新型实施例提供的5G远距离传输示意图

图6是本实用新型实施例提供的差动放大电路。

图7是本实用新型实施例提供的A/D转换电路。

图中：1、CIS图像传感器；2、差动放大电路；3、A/D转换器；4、FPGA 芯片；5、RAM存储器；6、ARM处理器；7、5G通信模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，目的在于实现低成本多通道图像采集和图像信息的稳定传输，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。

图像采集设置有CIS图像传感器1，CIS图像传感器1通过核心部件FPGA 芯片4提供时序驱动，CIS图像传感器1将所采集图片的每一个像素的灰度值以模拟电压信号的形式串行输出。灰度值的模拟电压信号先经过差动放大电路2，再通过A/D转换器3将模拟信号转换成数字信号。将A/D转换器3输出的数字信号传给FPGA芯片4，同时FPGA芯片4为A/D转换器3提供A/D驱动。ARM 处理器6用于控制FPGA芯片4，同时接收FPGA芯片4所传输的图像数据；RAM存储器5用于暂时存储ARM处理器6收到的图像数据，ARM处理器6 通过5G通信模块7将图像数据传送给图像处理模块进行处理。

本实用新型的另一个方面，提供了一种基于5G的图像传输装置，由5G通信模块7和5G核心网所构成。5G即第五代移动通信技术，是目前最新一代蜂窝移动通信技术，其中毫米波技术是其中的核心。提高传输速率最简单的方式，就是扩大带宽。根据通信原理，信号频率与其最大带宽呈正比，大约是频率的5％，以28GHz毫米波为例，其理论最大带宽就有1.4GHz，比起目前4GLTE所使用的800Mhz－2600MHz信号100Mhz左右的带宽相比，带宽相差了10倍，而目前5G对于毫米波的利用，大多集中在24GHz/28GHz/39GHz/60GHz几个频段之中，因此5G的理论传输速率可达10Gbps。毫米波的波长短，衍射能力不强的缺点在5G技术中也得到了解决，将毫米波信号集中在一起形成高能波束，然后利用波束跟踪技术直接进行定向传输，可视为点对点动态传输，能准确识别基站与设备之间的位置和距离，这种传输方式的能量集中具有很好的抗干扰能力，因此只需要通过宏基站和大量微型基站进行信号的转发，就可以实现图像处理模块与数据库和用户监控终端间的超远距离传输。在图像采集模块和图像处理模块的数据传输中，本装置采用5G关键技术D2D(设备到设备)通信，在一对多D2D通信模式下，图像数据直接在图像采集模块和图像处理模块之间传输，不经过基站转发，避免了蜂窝通信中图像数据经过网络中转传输，本具体通信原理如下：

(1)图像采集模块中的5G通信模块7向5G核心网发送信号，请求配对。

(2)基站指定图像处理模块接收信号。

(3)图像采集模块和图像处理模块之间通过D2D专用信令建立连接，成为一组D2D设备对。

(4)5G核心网为图像采集模块和图像处理模块分配信道资源，进行图像数据传输。

D2D通信提高了数据传输速度，且不同设备间传输数据互不干扰，抗干扰能力强，增强了数据传输的可靠性。

基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置的组成及工作流程图，其具体包括：

1、多个图像采集模块实时采集图像并通过D2D通信方式将图像数据传输给图像处理模块。

2、图像处理模块对图像进行分析，判断图像内容是否存在异常。

3、若存在异常则通过5G蜂窝移动通信技术通知用户监控终端，若图像内容正常，则将图像存入数据库。

其中CIS图像传感器1是由LED光源系统和感光系统的单件构成的集成模块，接通电源后，LED光源发出的光照射到扫描区域，红、绿、蓝三种颜色的 LED通过快速切换发光提供扫描所需三原色，光线被扫描区域反射后，由感光器捕获后转化为电信号，经处理后形成扫描对象的完整影像。CIS将所采集图像信息通过串行方式输出至差动放大电路，经A/D转换电路将模拟电压信号转化成数字量，并暂存于RAM存储器5中，后通过5G通信模块将图像信息通过 D2D通信传给图像处理模块。

参考图4，是图像采集模块和图像处理模块之间一对多D2D通信示意图，同一基站下的图像采集模块和图像处理模块采用5G通信，因两模块间距离较近，只需通过基站转发信令，而图像数据不通过基站转发，直接传输，且多个图像采集模块向图像处理模块传输数据时互不干扰，稳定性强。

参考图5，是图像处理模块与数据库和用户监控终端5G通信示意图，图像处理模块在接收到图像信息后对图像信息进行处理并判断是否异常，如果发现异常则通过数个宏基站和微型基站中转后将信息传输给用户监控终端，若未发现异常，则传输给终端数据库。

下面结合工作原理对本实用新型作进一步描述。

CIS传感器通过核心部件FPGA提供时序驱动，将所采集图片的每一个像素的灰度值以模拟电压信号的形式串行输出，灰度值的模拟电压信号先经过差动放大电路，再通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，并传给FPGA，同时FPGA为A/D转换器提供A/D驱动。ARM用于控制FPGA，同时接收FPGA 所传输的图像数据。RAM用于暂时存储ARM收到的图像数据。ARM控制5G 通信模块申请与图像处理模块进行配对，采用D2D传输方式将图像数据传送给图像处理模块进行处理。图像处理模块在进行图像处理后通过无线接入网接入 5G核心网，将处理结果信息反馈给用户监控终端并存入数据库。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，其特征在于，所述基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置包括：

至少一个用于实时采集图像的图像采集模块；

通过D2D通信方式与每个图像采集模块相连接，用于将图像数据进行处理，判断图像内容是否存在异常的图像处理模块；

与所述图像处理模块相连接，用于实现图像数据传输的图像传输装置。

2.如权利要求1所述的基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，其特征在于，所述图像处理模块还通过5G蜂窝移动通信方式连接用户监控终端和图像存入数据库。

3.如权利要求1所述的基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，其特征在于，所述图像采集模块设置有用于为FPGA芯片和A/D转换器提供时序驱动的FPGA芯片；

与FPGA芯片相连接，将所采集图片的每一个像素的灰度值以模拟电压信号的形式串行输出的CIS图像传感器；

与CIS图像传感器相连接，用于对灰度值的模拟电压信号进行处理的差动放大电路；

分别与FPGA芯片和差动放大电路相连接，将模拟信号转换成数字信号的A/D转换器；

与FPGA芯片相连接，用于对FPGA芯片进行控制，并接收FPGA芯片所传输的图像数据的ARM处理器；

与ARM处理器相连接，用于暂时存储ARM处理器收到的图像数据的RAM存储器；

与ARM处理器相连，用于连接将图像数据传送给图像处理模块进行处理的5G通信模块。

4.如权利要求3所述的基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，其特征在于，所述CIS图像传感器为由LED光源系统和感光系统的单件构成的集成模块。

5.如权利要求1所述的基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，其特征在于，所述图像传输装置由5G通信模块和5G核心网构成。

6.如权利要求5所述的基于5G的CIS多通道图像采集和传输装置，其特征在于，所述5G通信模块在一对多D2D通信模式下，图像数据直接在图像采集模块和图像处理模块之间传输。

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