CN219611926U - 一种图像数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种图像数据处理系统，包括：采集模块、存储模块、缓存模块、输出模块、输入接口和输出接口；采集模块，用于通过输入接口采集图像数据；缓存模块，用于在监控状态下，接收并循环缓存采集模块采集的图像数据；存储模块，用于接收采集模块发送的图像控制指令；输出模块，用于通过输出接口输出监控信号、预览信号及图像数据下载信号。由本系统，通过对传统机器视觉高速图像采集技术的结构，从图像采集、图像存储、传输接口等方面进行改进与集成，突破了高速图像采集工作应用场地、性能、使用方式的限制；从应用层面上，拓宽了高速图像采集技术的应用范围，提高了室外图像采集的适用速度。

Description

一种图像数据处理系统

技术领域

本实用新型实施例涉及图像数据处理领域，尤其涉及一种图像数据处理系统。

背景技术

高速数字相机图像采集、存储系统，目前已经广泛应用于科研、军工、离散制造业、智能交通等各个领域。目前，高速图像采集相关系统的硬件平台基本由高速相机、专业采集卡、台式机组成。以高速相机作为图像采集设备，通过专用的USB3.0、GigE、Camera Link协议、接口与相应专用的图像采集卡对接完成图像采集。图像采集卡一般采用PCI、PCI-E接口，需要安装在台式计算机上。

但是目前，随着科技的发展，高速图像数据的应用已经从原有的室内实验室环境，越来越多的转到室外场景测试。可以说，传统的高速图像采集方法已经无法满足目前越来越多的领域和场景的应用需求。

实用新型内容

鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本实用新型实施例提供一种图像数据处理系统。

第一方面，本实用新型实施例提供一种图像数据处理系统，包括：采集模块、存储模块、缓存模块、输出模块、输入接口和输出接口，所述采集模块分别连接所述存储模块以及所述缓存模块，所述缓存模块分别连接所述存储模块以及所述输出模块；

所述采集模块，用于通过所述输入接口采集图像数据；

所述缓存模块，用于在监控状态下，接收并循环缓存所述采集模块采集的图像数据；

所述存储模块，用于接收所述采集模块发送的图像控制指令；

所述输出模块，用于通过所述输出接口输出监控信号、预览信号及图像数据下载信号；

所述输出模块，还用于在输出监控信号、预览信号及图像数据下载信号时，调用所述缓存模块中存储的图像数据，并对所述图像数据进行数据处理。

在一个可能的实施方式中，所述输入接口包括多个采集光口、控制接口、触发信号接口；

所述多个采集光口与所述采集模块连接，用于采集图像数据；

所述控制接口，用于外接PC端上位机，接收所述PC端上位机设置的控制命令；

所述触发信号接口，用于接收PC端上位机发送的图像采集触发信号，并基于所述图像采集触发信号触发图像数据采集。

在一个可能的实施方式中，所述触发信号接口，还用于将采集的图像数据通过所述缓存模块导入所述存储模块中。

在一个可能的实施方式中，所述输出接口包括监控信号接口、预览信号接口、数据下载接口；

所述监控信号接口，用于所述输出模块输出监控信号；

所述预览信号接口，用于所述输出模块输出预览信号；

所述数据下载接口，用于所述输出模块输出图像数据下载信号。

本实用新型实施例提供的图像数据处理系统，包括：采集模块、存储模块、缓存模块、输出模块、输入接口和输出接口；所述采集模块，用于通过所述输入接口采集图像数据；所述缓存模块，用于在监控状态下，接收并循环缓存所述采集模块采集的图像数据；所述存储模块，用于接收所述采集模块发送的图像控制指令；所述输出模块，用于通过所述输出接口输出监控信号、预览信号及图像数据下载信号。相比于传统的图像采集方法受应用领域和场景的限制，由本系统，通过对传统机器视觉高速图像采集技术的结构，从图像采集、图像存储、传输接口等方面进行改进与集成，突破了高速图像采集工作应用场地、性能、使用方式的限制；从应用层面上，拓宽了高速图像采集技术的应用范围，提高了室外图像采集的适用速度。

本实用新型实施例提供的图像数据处理方案，通过采集图像数据，并将所述图像数据存储至缓存模块中；获取当前系统模式，基于所述当前系统模式确定对所述缓存模块中的图像数据的处理策略；基于所述处理策略，对所述缓存模块中的图像数据进行处理。相比于传统的图像采集方法受应用领域和场景的限制，由本方案，可以随时通过外接设备通过多种方式导出图像数据并应用，丰富了整个图像数据处理系统的使用方法，以及图像数据应用的便捷性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种图像数据处理系统的架构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种图像数据处理系统的设备原理图；

图3为本实用新型实施例提供的一种图像数据抽帧压缩示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种事件后触发示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种图像数据处理方法的流程示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种系统运行流程图；

图7为本实用新型实施例提供的一种案例拓扑图；

图8为本实用新型实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1为本实用新型实施例提供的一种图像数据处理系统的架构图，如图1所示，本系统从硬件、软件两个方面进行改进。硬件层面引入采集、缓存、压缩、固存等模块进行集成；配套软件层面，除一般的图像观察与采集外，还根据硬件平台特性引入下载、预览、监控等功能。最终系统可以野外独立供电运行后，将设备携带回来进行数据导出；也可用笔记本电脑直接在野外进行作业；从使用模式上改变了现有行业现状，也让高速数据采集工作拥有更多的适用场景。

下面结合图2所示的图像数据处理系统的设备原理图进行详细说明。本系统中，主要包含采集模块、存储模块、缓存模块、输出模块四个功能模块，采集模块分别连接存储模块以及缓存模块，缓存模块分别连接存储模块以及输出模块；输入接口至少包含多个采集光口(图中以4个采集光口为例)、控制接口、触发信号接口；输出接口至少包含监控信号接口、预览信号接口、数据下载接口。

采集模块：外联4路采集光口输入，1路控制信号，1路触发信号。其中采集光口输入规格采用4路10Gbps-SFP+输入接口，最大输入带宽40Gbps，支持常见高速协议(例如，10G-Base-R/Aurora/SRIO协议)，默认10G-Base-R，可为高速图像数据采集提供足够带宽。

控制接口：外接PC端配套上位机，用于接收PC端配套上位机设置的工作模式，用户通过PC端配套上位机输入相关控制命令，如图像下载、图像预览、实时监控等命令。

触发接口：用于接收图像采集触发信号，可连通PC端，接收软件触发命令后，触发图像采集功能，并将采集的图像经缓存模块导入存储模块中。也可接收硬件触发，如提前设置好相应规则，可接入压力传感器、红外传感器等硬件模块，用于触发图像采集，工作方式与软件触发相同。

缓存模块：用于在监控状态下，循环缓存图像数据，经监控数据接口输出实时视频流，载体为两条标准DDR3-SODIMM内存条作为缓存存储介质，并且支持事件后触发方式下，根据设置的预加载时间，导出相应数据。支持大缓存存储容量16GB，最高读写带宽均大于12GB/s。

存储模块：内置(副)主控芯片，用于接收采集模块中主控芯片的信号，包含图像下载命令、图像预览相关命令等控制命令。载体为两片标准M.2-2280-NVM e固态盘作为固态存储介质并联合使用(默认RAID0方式)，最大固存存储容量4TB，最高读写带宽均大于4GB/s。

输出模块：用于输出监控信号、预览信号及图像数据下载信号。因高速图像采集数据较大，对带宽需求较高，如直接使用，会出现卡顿、丢帧等情况，根据实际需求，在输出监控信号时采用数据直接从缓存模块中调用并做抽帧处理，降低带宽，保证人眼观看流畅。输出预览信号时，可根据控制信号命令，选择存储模块中的数据，直接提取选择的关键帧。当选择数据下载时，可有数据下载接口直接下载原始图像数据。

为了实现设备在移动端可以应用，基于上述硬件结构，本系统研发固件和软件功能，实现实时监控、事件后触发、存储数据预览与选择、图像数据下载等功能。

具体的，实时监控：现有实时监控技术一般数据带宽不高，要实现高速图像采集的实时监控，必须通过技术手段压缩数据带宽，来保证画面流畅，本系统中，为保证图像完整性，选择抽帧的方式进行数据压缩，之后通过对图像的编解码，可保证抽帧后画面的完整性和视频图像的连续性。如图3为本实用新型实施例提供的一种图像数据抽帧压缩示意图。抽帧的方式通过两层逻辑实现，固定时间t内，均会有一次抽帧，根据图像采集的速度和质量决定，如t0，t1，t2，...，tn所示，以t1周期为例，周期根据图像二值图特征明显性，进行选取代表帧i，之后由所有的周期内的代表帧i0，i1，...，in组成新的视频流用于预览。

本系统特意设计缓存模块，采用DDR3接口，读写带宽均可达到12GB/s以上，目前缓存容量为16GB，可存储10s-30s的高速图像数据，抽帧工作在缓存模块中完成，如选择监控模式，缓存模块中数据被后续数据，按时序替换。

事件后触发：该功能实质为当触发信号发生后，系统直接从缓存模块中调出数据，之后在存储模块中保存。由于缓存模块可提供10s-30s的高速图像数据缓存，可以预先设置时间t(10s≤t≤30s)后，当t0时间接受到触发信号，那么可以从t0-t时间节点保存数据，如图4所示为本实用新型实施例提供的一种事件后触发示意图，t时间根据相机采集带宽、速度和缓存空间大小计算。

此功能在高速领域有用，因高速图像数据数量较大，存储空间紧张，无法像一般录制设备中录制大量视频选取。但是，如果采用软件、人工判定录制，由于人的反应速度较慢，容易错过录制标的，导致人力、时间、硬件寿命等损失。如果采用此种功能，10s-30s的时长可以满足多数高速图像采集场景应用。并且可以外接软件、硬件触发如传感器等，排除人工干扰。

存储数据预览与选择：用户可通过终端计算机，预览采集存储卡中的数据，找到感兴趣的图像数据的起始帧，截取当前感兴趣段进行下载；或者不进行预览，下载全部图像数据。

图像数据下载：用户预览后，可以指定具体时间段，下载相应视频图像数据，并由PC端配套软件解码后，可保存为一般视频格式。

本系统使用FPGA作为主控代替传统的CPU，使得整个设备的数据带宽接口、存储带宽、存储容量等，都大幅度提升。本系统将缓存模块、固态存储模块、图像采集功能集成，能够实现对高速事件的事件后触发存储，即仅针对用户感兴趣的事件片段进行固态存储，大幅延长固态的使用寿命与存储容量。本系统在保证整体功能与性能的基础上，对硬件、机械结构进行自主设计并优化，外观为标准6U大小，即220x160mm，可实现在狭小空间或小型工控机架上实现高速海量的数据存储，拓展了系统的应用场景，提升了高速图像采集相关业务的适用范围。

本实用新型实施例提供的图像数据处理系统，包括：采集模块、存储模块、缓存模块、输出模块、输入接口和输出接口；所述采集模块，用于通过所述输入接口采集图像数据；所述缓存模块，用于在监控状态下，接收并循环缓存所述采集模块采集的图像数据；所述存储模块，用于接收所述采集模块发送的图像控制指令；所述输出模块，用于通过所述输出接口输出监控信号、预览信号及图像数据下载信号。相比于传统的图像采集方法受应用领域和场景的限制，由本系统，通过对传统机器视觉高速图像采集技术的结构，从图像采集、图像存储、传输接口等方面进行改进与集成，突破了高速图像采集工作应用场地、性能、使用方式的限制；从应用层面上，拓宽了高速图像采集技术的应用范围，提高了室外图像采集的适用速度。

图5为本实用新型实施例提供的一种图像数据处理方法的流程示意图，如图5所示，该方法具体包括：

S51、采集图像数据，并将所述图像数据存储至缓存模块中。

本实用新型实施例结合图6为本实用新型实施例提供的一种系统运行流程图进行详细说明。具体包括如下步骤：

步骤1：系统上电。

步骤2：系统初始化，从固件层面上完成底层设置、接口配置等工作。

步骤3：图像采集，从外接相机中经由光口导入图像数据。

步骤4：图像缓存，本系统中缓存较大，外接图像数据首先导入缓存模块中。

S52、获取当前系统模式，基于所述当前系统模式确定对所述缓存模块中的图像数据的处理策略。

S53、基于所述处理策略，对所述缓存模块中的图像数据进行处理。

步骤5：参数设置，包含系统功能设置，触发方式、实现功能等。主要是设定系统是处于监控模式，还是进入采集模式。如采用监控模式，则外接相机导入的图像码流在缓存模块中循环写入，并从缓存模块中直接抽取视频图像用于监控。如采用采集模式，则开始接受触发接口的信号，准备开始采集。

步骤6：触发采集，触发信号可以由软件触发、硬件触发，如接受到触发信号后，根据之前设定的t值，采用上述实施例中的事件后触发的方式从缓存模块中导出数据到存储模块中，实现提前采集存储图像数据。

步骤7.1：预览模式，可以通过预览的方式观看存储模块中图像数据，之后选择标定所需视频流进行下载。

步骤7.2：如不预览，也可以直接全部下载设备存储模块汇总图像数据。

步骤8：结束。一般高速采集场景持续时间较短，所以很快进入结束阶段。

本实用新型实施例提供的一种图像数据处理方法可应用于汽车碰撞测试，如图7所示，为本实用新型实施例提供的一种案例拓扑图，在某车企内部测试场地设计集成的汽车碰撞测试系统。采用高速相机，从四个角度观测碰撞时刻，由于汽车碰撞需观测的时间较短，不好把控，采用压力传感器触发的方式进行图像采集，并采用授时同步盒作为系统授时装备，从时间维度上统一四个相机的时间信息，方便后期图像比对。

本实用新型实施例提供的图像数据处理方法，通过采集图像数据，并将所述图像数据存储至缓存模块中；获取当前系统模式，基于所述当前系统模式确定对所述缓存模块中的图像数据的处理策略；基于所述处理策略，对所述缓存模块中的图像数据进行处理。相比于传统的图像采集方法受应用领域和场景的限制，由本方法，可以随时通过外接设备通过多种方式导出图像数据并应用，丰富了整个图像数据处理系统的使用方法，以及图像数据应用的便捷性。

图8示出了本实用新型实施例的一种电子设备，如图8所示，该电子设备可以包括处理器901和存储器902，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。

处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本实用新型实施例中所提供方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，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来指令相关的硬件来完成，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，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (4)

1.一种图像数据处理系统，其特征在于，包括：采集模块、存储模块、缓存模块、输出模块、输入接口和输出接口，所述采集模块分别连接所述存储模块以及所述缓存模块，所述缓存模块分别连接所述存储模块以及所述输出模块；

所述采集模块，用于通过所述输入接口采集图像数据；

所述缓存模块，用于在监控状态下，接收并循环缓存所述采集模块采集的图像数据；

所述存储模块，用于接收所述采集模块发送的图像控制指令；

所述输出模块，用于通过所述输出接口输出监控信号、预览信号及图像数据下载信号；

所述输出模块，还用于在输出监控信号、预览信号及图像数据下载信号时，调用所述缓存模块中存储的图像数据，并对所述图像数据进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输入接口包括多个采集光口、控制接口、触发信号接口；

所述多个采集光口与所述采集模块连接，用于采集图像数据；

所述控制接口，用于外接PC端上位机，接收所述PC端上位机设置的控制命令；

所述触发信号接口，用于接收PC端上位机发送的图像采集触发信号，并基于所述图像采集触发信号触发图像数据采集。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述触发信号接口，还用于将采集的图像数据通过所述缓存模块导入所述存储模块中。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输出接口包括监控信号接口、预览信号接口、数据下载接口；

所述监控信号接口，用于所述输出模块输出监控信号；

所述预览信号接口，用于所述输出模块输出预览信号；

所述数据下载接口，用于所述输出模块输出图像数据下载信号。