用於處理vga格式圖像的方法及其系統的製作方法
2023-10-05 18:02:29
用於處理vga格式圖像的方法及其系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於處理VGA格式圖像的系統，包括圖像傳感器，用於採集格式為VGA的靜態圖像的源數據；源數據存儲器，輸入端與所述圖像傳感器連接，用於存儲所述源數據；微控制器，輸入端與所述源數據存儲器的輸出端連接，用於逐行讀取所述單行源數據，並逐行對所述單行源數據依次進行插值運算和壓縮處理，最後生成單行成像數據並逐行輸出，這種用於處理VGA格式圖像的方法及其系統在圖像質量與圖像數據量做出平衡，體現其低成本和適用性，將其應用於物聯網的圖像採集節點能提高物聯網的性能，有助於物聯網的應用和推廣。
【專利說明】用於處理VGA格式圖像的方法及其系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像處理【技術領域】，尤其涉及一種用於處理VGA格式圖像的方法及其系統。
【背景技術】
[0002]隨著網際網路和物聯網技術的發展，圖像數據的採集、壓縮、存儲，傳輸有了更大的需求，特別是物聯網技術的興起，對於節點圖像數據的處理有了更高的要求。在現有技術中，對於圖像數據的處理基本上分為兩種方法:第一種方法是圖像數據的採集、壓縮、存儲完全由專門用於處理圖像的硬體實現，這種方法的優點是處理速度快，但也具有可裁剪性差，價格高等缺點；第二種方法是由硬體和軟體兩個部分，硬體部分包括微處理單元，圖像感光處理單元、存儲單元和傳輸單元，圖像感光處理單元獲得的源數據一般數據量都很大，比如10萬像素CIF格式(352*288，單幀數據約100KB)，30萬像素VGA格式(640*480，單幀數據約300KB)，130萬像素SVGA格式(1280*1024，單幀數據約1300KB)，像素越高數據量越大，因此，對於圖像處理一般要求微處理單元有較高的主頻，存儲單元都較大的容量，軟體部分主要是對圖像數據做一定的壓縮，以適合於網絡的傳輸，目前利用第二種方法對圖像進行處理的微處理單元採用最多的是DSP，存儲單元採用擴展SDRAM(—般4MB以上)，這種圖像處理裝置的優點是採集處理速度較快，適用於高像素圖像感光處理單元，缺點是價格較高，一般成本在200元以上，在物聯網中對於採集的圖像像素的要求並不是很高，一般30萬像素的VGA格式圖像足以滿足大部分設備的使用要求，那麼對於物聯網圖像採集多節點的應用，節點的成本過高不利於物聯網的推廣和應用。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是:由於現有技術中對於30萬像素的VGA格式圖像的處理方法和系統成本太高，不適合作為物聯網中的圖像採集節點，阻礙了物聯網的推廣和應用，本發明提供了一種用於處理VGA格式圖像的方法及其系統來替代物聯網中的原始的圖像採集節點。
[0004]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種用於處理VGA格式圖像的方法，基於圖像傳感器、源數據存儲器、微控制器以及內置於微控制器中的系統軟體，包括以下步驟
Ca)控制圖像傳感器採集一幀格式為VGA的靜態圖像的源數據並將所述源數據存入所述源數據存儲器；
(b)所述微控制器在源數據存儲器中從所述源數據的幀頭開始逐行讀取單行源數據；
(c)所述微控制器依次對所述單行源數據進行插值運算，生成單行RGB24格式數據； Cd)所述微控制器採用JPEG2000標準壓縮算法依次對單行RGB24格式數據進行處理，
生成單行成像數據並輸出。
[0005]一幀格式為VGA的靜態圖像的像素大概為30萬(640*480)，源數據大小為307200Byte，則單行源數據的大小為640 Byte，經過插值運算後的單行RGB24格式數據的大小為640 Byte*3=1920 Byte，對源數據進行逐行插值運算、壓縮和輸出，無需依靠價格較高、處理速度較快的處理器便可實現30萬圖像數據的採集、存儲、壓縮和輸出，在圖像質量與圖像數據量做出平衡，體現其低成本和適用性，適用於物聯網圖像採集節點的需求。
[0006]具體的，所述微控制器具有容量大小為64K的內部存儲器、插值模塊和壓縮模塊，所述步驟(b)、(c)和(d)中，
第一步，所述微控制器從源數據的幀頭開始一次性讀取第一單行源數據和第二單行源數據，所述插值模塊對第一單行源數據和第二單行源數據進行插值運算，生成第一單行RGB24格式數據和第二單行RGB24格式數據，並將所述第一單行RGB24格式數據和第二單行RGB24格式數據存入所述內部存儲器中；
第二步，壓縮模塊從所述內部存儲器中讀取第一單行RGB24格式數據並進行壓縮處理，生成第一單行成像數據並輸出，同時所述微控制器讀取第三單行源數據，所述插值模塊對第三單行源數據進行插值運算，生成第三單行RGB24格式數據並存入內部存儲器中；
第三步，按照上述第二步依次對每一行單行源數據進行處理和輸出；
由於逐行對單行源數據進行處理並及時輸出，每一單行RGB24格式數據存入內部存儲器中後很快便會被壓縮模塊所讀取並進行壓縮處理，那麼單行RGB24格式數據在內部存儲器中的存儲時間的需求極短，64K的內部存儲器足以應付，這也充分說明這種用於處理VGA格式圖像的方法對於微控制器的硬體要求很低，從而降低整個所需系統的成本。
[0007]進一步說明的是，所述步驟(a)和步驟(b)還具有步驟
(a-1-b)所述微控制器讀取單行數據源前確認其行數，如果行數 480則不讀取，這樣可以及時結束對於一幀格式為VGA的靜態圖像的源數據，便於處理下一幀，提高處理效率。
[0008]為了能滿足用戶對於最終圖像的應用需求，充分發揮其在物聯網中的作用，所述步驟(d)中，所述單行成像數據的輸出方式為輸出至SD卡、通過串口輸出和/或通過乙太網傳輸。
[0009]作為優選，將所述微控制器通過乙太網或者串口與上位機連接，其特徵在於:所述步驟(a)中，直接通過所述微控制器上的按鍵控制所述圖像傳感器開始採集源數據或者通過上位機向微控制器發出開始指令，所述微控制器再控制所述圖像傳感器開始採集源數據。
[0010]進一步地，所述步驟(a)前還具有步驟
初始化，通過上位機設置單行成像數據的輸出方式、源數據的格式和壓縮比率。
[0011]—種用於處理VGA格式圖像的系統,包括
圖像傳感器，用於採集格式為VGA的靜態圖像的源數據；
源數據存儲器，輸入端與所述圖像傳感器連接，用於存儲所述源數據；
微控制器，輸入端與所述源數據存儲器的輸出端連接，用於逐行讀取所述單行源數據，並逐行對所述單行源數據依次進行插值運算和壓縮處理，最後生成單行成像數據並逐行輸出。
[0012]作為優選，所述微控制器為STM32F103系列單片機，市場價格約16元人民幣，所述微控制器包括 插值模塊，用於對單行源數據進行插值運算，生成單行RGB24格式數據；
壓縮模塊，用於對單行RGB24格式數據並進行壓縮處理，生成單行成像數據；
容量大小為64K的內部存儲器，用於存儲單行RGB24格式數據並提供於所述壓縮模塊讀取。
[0013]所述圖像傳感器為0V7670感光晶片，市場價格約7元人民幣，所述0V7670感光晶片的SCCB接口與所述微控制器的配置埠連接，所述0V7670感光晶片的VSYNC引腳、HREF引腳和PCLK引腳與所述微控制器的控制埠連接，所述源數據存儲器為AL440存儲單元，市場價格約10元人民幣，所述0V7670感光晶片的八位圖像數據接口、所述AL440存儲單元的八位數據接口和所述微控制器的數據接口依次連接，所述AL440存儲單元的數據使能接口與所述微控制器的控制埠連接，這樣一套系統的總共價格約為33元人民幣，相較於現有的200元人民幣的設備，成本已經相當低廉，正是基於這種用於處理VGA格式圖像的系統結構上的新穎設計而達成的，促使它成為物聯網的採集圖像節點的第一選擇，為充分發揮物聯網的效能提供條件。
[0014]具體的，所述微控制器還具有SD卡傳輸接口、UART串口和乙太網接口，用作所述單行成像數據的輸出埠。
[0015]本發明的有益效果是，這種用於處理VGA格式圖像的方法及其系統對源數據進行逐行插值運算、壓縮和輸出，數據只在微控制器中做短暫停留，不會造成大數據量的累計，基於此無需依靠價格較高、處理速度較快、存儲容量較大的微控制器便可實現30萬圖像數據的採集、存儲、壓縮和輸出，在圖像質量與圖像數據量做出平衡，體現其低成本和適用性，將其應用於物聯網的圖像採集節點能提高物聯網的性能，有助於物聯網的應用和推廣。
[0016]【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0018]圖1是本發明用於處理VGA格式圖像的系統的最優實施例的框架示意圖。
[0019]圖2是本發明用於處理VGA格式圖像的方法的最優實施例的流程圖。
[0020]
【具體實施方式】
[0021]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0022]如圖1所示，本發明提供了一種用於處理VGA格式圖像的系統，包括 圖像傳感器，為0V7670感光晶片，用於採集格式為VGA的靜態圖像的源數據；
源數據存儲器，為AL440存儲單元，0V7670感光晶片的八位圖像數據接口與AL440存
儲單元的八位數據接口連接，用於存儲源數據；
微控制器，AL440存儲單元的八位數據接口和微控制器的數據接口連接，用於逐行讀取單行源數據，微控制器為STM32F103系列單片機，微控制器包括
插值模塊，用於對單行源數據進行插值運算，生成單行RGB24格式數據；
壓縮模塊，用於對單行RGB24格式數據並進行壓縮處理，生成單行成像數據； SD卡傳輸接口、UART串口和乙太網接口，用作單行成像數據的輸出埠 ；
容量大小為64K的內部存儲器，用於存儲單行RGB24格式數據並提供於壓縮模塊讀
取；
按鍵，用於啟動體統開始工作；
0V7670感光晶片的SCCB接口與微控制器的配置埠連接，0V7670感光晶片的VSYNC引腳、HREF引腳和PCLK引腳與微控制器的控制埠連接，AL440存儲單元的數據使能接口與微控制器的控制埠連接。
[0023]如圖2所示，一種用於處理VGA格式圖像的方法，包括以下步驟
第一步，初始化，通過上位機設置單行成像數據的輸出方式、源數據的格式和壓縮比
率；
第二步，啟動運行，直接通過微控制器上的按鍵或者通過上位機向微控制器發出開始指令，微控制器再控制圖像傳感器開始採集一幀格式為VGA的靜態圖像的源數據並將源數據存入源數據存儲器；
第三步，插值運算，微控制器從源數據的幀頭開始一次性讀取第一單行源數據和第二單行源數據，插值模塊對第一單行源數據和第二單行源數據進行插值運算，生成第一單行RGB24格式數據和第二單行RGB24格式數據，並將第一單行RGB24格式數據和第二單行RGB24格式數據存入內部存儲器中；
第四步，壓縮，壓縮模塊從內部存儲器中讀取第一單行RGB24格式數據並進行壓縮處理，生成第一單行成像數據並輸出，同時微控制器讀取第三單行源數據，插值模塊對第三單行源數據進行插值運算，生成第三單行RGB24格式數據並存入內部存儲器中；
第五步，重複第三步和第四步，完成圖像處理並輸出，微控制器讀取單行數據源前確認其行數，如果行數 480則不讀取，按照上述步驟依次對每一行單行源數據進行處理和輸出，單行成像數據的輸出方式為輸出至SD卡、通過串口輸出和/或通過乙太網傳輸。
[0024]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。
【權利要求】
1.一種用於處理VGA格式圖像的方法，基於圖像傳感器、源數據存儲器、微控制器以及內置於微控制器中的系統軟體，其特徵在於:包括以下步驟 Ca)控制圖像傳感器採集一幀格式為VGA的靜態圖像的源數據並將所述源數據存入所述源數據存儲器； (b)所述微控制器在源數據存儲器中從所述源數據的幀頭開始逐行讀取單行源數據； (c)所述微控制器依次對所述單行源數據進行插值運算，生成單行RGB24格式數據； Cd)所述微控制器採用JPEG2000標準壓縮算法依次對單行RGB24格式數據進行處理，生成單行成像數據並輸出。
2.如權利要求1所述的用於處理VGA格式圖像的方法，所述微控制器具有容量大小為64K的內部存儲器、插值模塊和壓縮模塊，其特徵在於:所述步驟(b)、(c)和(d)中， 第一步，所述微控制器從源數據的幀頭開始一次性讀取第一單行源數據和第二單行源數據，所述插值模塊對第一單行源數據和第二單行源數據進行插值運算，生成第一單行RGB24格式數據和第二單行RGB24格式數據，並將所述第一單行RGB24格式數據和第二單行RGB24格式數據存入所述內部存儲器中； 第二步，壓縮 模塊從所述內部存儲器中讀取第一單行RGB24格式數據並進行壓縮處理，生成第一單行成像數據並輸出，同時所述微控制器讀取第三單行源數據，所述插值模塊對第三單行源數據進行插值運算，生成第三單行RGB24格式數據並存入內部存儲器中； 第三步，按照上述第二步依次對每一行單行源數據進行處理和輸出。
3.如權利要求2所述的用於處理VGA格式圖像的方法，其特徵在於:所述步驟(a)和步驟(b)還具有步驟 (a-1-b)所述微控制器讀取單行數據源前確認其行數，如果行數 480則不讀取。
4.如權利要求3所述的用於處理VGA格式圖像的方法，其特徵在於:所述步驟(d)中，所述單行成像數據的輸出方式為輸出至SD卡、通過串口輸出和/或通過乙太網傳輸。
5.如權利要求4所述的用於處理VGA格式圖像的方法，將所述微控制器通過乙太網或者串口與上位機連接，其特徵在於:所述步驟(a)中，直接通過所述微控制器上的按鍵控制所述圖像傳感器開始採集源數據或者通過上位機向微控制器發出開始指令，所述微控制器再控制所述圖像傳感器開始採集源數據。
6.如權利要求4所述的用於處理VGA格式圖像的方法，其特徵在於:所述步驟(a)前還具有步驟 初始化，通過上位機設置單行成像數據的輸出方式、源數據的格式和壓縮比率。
7.一種用於處理VGA格式圖像的系統，運用如權利要求1飛任一項所述的用於處理VGA格式圖像的方法對VGA格式圖像進行處理，其特徵在於:包括 圖像傳感器，用於採集格式為VGA的靜態圖像的源數據； 源數據存儲器，輸入端與所述圖像傳感器連接，用於存儲所述源數據； 微控制器，輸入端與所述源數據存儲器的輸出端連接，用於逐行讀取所述單行源數據，並逐行對所述單行源數據依次進行插值運算和壓縮處理，最後生成單行成像數據並逐行輸出。
8.如權利要求7所述的用於處理VGA格式圖像的系統，其特徵在於:所述微控制器為STM32F103系列單片機，所述微控制器包括 插值模塊，用於對單行源數據進行插值運算，生成單行RGB24格式數據； 壓縮模塊，用於對單行RGB24格式數據並進行壓縮處理，生成單行成像數據； 容量大小為64K的內部存儲器，用於存儲單行RGB24格式數據並提供於所述壓縮模塊讀取。
9.如權利要求8所述的用於處理VGA格式圖像的系統，其特徵在於:所述圖像傳感器為0V7670感光晶片，所述0V7670感光晶片的SCCB接口與所述微控制器的配置埠連接，所述0V7670感光晶片的VSYNC引腳、HREF引腳和PCLK引腳與所述微控制器的控制埠連接，所述源數據存儲器為AL440存儲單元，所述0V7670感光晶片的八位圖像數據接口、所述AL440存儲單元的八 位數據接口和所述微控制器的數據接口依次連接，所述AL440存儲單元的數據使能接口與所述微控制器的控制埠連接。
10.如權利要求9所述的用於處理VGA格式圖像的系統，其特徵在於:所述微控制器還具有SD卡傳輸接口、UART串口和乙太網接口，用作所述單行成像數據的輸出埠。
【文檔編號】H04N1/40GK103929569SQ201410153752
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】任志敏, 劉子明 申請人:常州紡織服裝職業技術學院