高清cmos監控設備的製作方法

2023-05-08 08:10:46 1

專利名稱：高清cmos監控設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子嵌入式技術領域，特別涉及一種高清互補金屬氧化物半導體 (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)監控設備。
背景技術：
視頻監控設備的圖像採集端的感光晶片，分為兩類，電荷藕合器件(Charge Coupled Device, (XD)感光晶片和CMOS感光晶片。CXD感光晶片的特點為靈敏度高，噪音小，信噪比大，圖像質量好，但CCD生產工藝複雜，成本高，功耗高；而CMOS感光晶片的特點為集成度高、功耗低(不到CCD感光晶片的1/3)、成本低，但噪音比較大，靈敏度低，圖像質量差。目前視頻監控領域，為獲得較好的圖像質量，以低解析度的CCD攝像頭為主流，但由於成本的原因，導致大解析度的CCD感光晶片無法在視頻監控領域大範圍推廣，限制了視頻監控向高畫質化的發展。

實用新型內容(一)要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是如何在不降低監控設備的圖像質量的前提下， 降低監控設備的成本及功耗。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種高清CMOS監控設備，包括相互連接的CMOS圖像採集模塊和視頻處理模塊，所述CMOS圖像採集模塊，用於採集圖像數據，並將所述圖像數據發送至所述視頻處理模塊；所述視頻處理模塊，用於對所述圖像數據進行預處理，並對預處理後的圖像數據進行格式轉換。其中，所述視頻處理模塊包括通信子模塊、預處理子模塊和格式轉換子模塊，所述通信子模塊，用於與所述CMOS圖像採集模塊進行通信；所述預處理子模塊，用於對所述圖像數據進行預處理；所述格式轉換子模塊，用於對預處理後的圖像數據進行格式轉換。其中，所述預處理包括自動白平衡、自動曝光和濾波。其中，所述視頻處理模塊還包括壓縮子模塊，用於將格式轉換後的圖像數據進行壓縮。其中，所述視頻處理模塊還包括壓縮格式選擇子模塊，用於選擇所述壓縮子模塊所進行壓縮的壓縮格式。其中，所述高清CMOS監控設備還包括通信模塊，用於將經所述視頻處理模塊進行處理後的圖像數據發送至接收端，並接收來自接收端的控制命令。其中，所述高清CMOS監控設備還包括數據存儲模塊，用於將經所述視頻處理模塊進行處理後的圖像數據進行存儲。其中，所述高清CMOS監控設備還包括解析度選擇模塊，用於選擇所述CMOS圖像採集模塊所採集的圖像數據的解析度。(三)有益效果本實用新型通過對CMOS圖像採集模塊所採集的圖像數據進行預處理，提高了圖像質量，實現了在不降低監控設備的圖像質量的前提下，降低監控設備的成本及功耗。

圖1是按照本實用新型一種實施方式的結構框圖。其中，1 =CMOS圖像採集模塊；2 視頻處理模塊；3 通信模塊；4 數據存儲模塊；5 解析度選擇模塊；2-1 通信子模塊；2-2 預處理子模塊；2-3 格式轉換子模塊；2-4 壓縮子模塊，2-5 壓縮格式選擇子模塊。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。圖1是按照本實用新型一種實施方式的結構框圖，包括相互連接的CMOS圖像採集模塊和視頻處理模塊，所述CMOS圖像採集模塊1，用於採集圖像數據，並將所述圖像數據發送至所述視頻處理模塊2，本實施方式中所述CMOS圖像採集模塊1採用高清CMOS圖像傳感器MT9P031， 該傳感器滿陣列時可輸出259^1944(517萬像素)的高清圖片，並輸出Bayer格式的圖像數據。所述視頻處理模塊2，用於對所述圖像數據進行自動白平衡、自動曝光和濾波， 並對預處理後的圖像數據進行格式轉換。本實施方式應用美國德州儀器公司生產的 TMS320DM365處理器(以下簡稱DM365)，DM365採用高度集成可編程平臺，適用於低成本視頻應用，DM365處理器採用ARM^6EJ-S核，ARM926EJ-S是一個32位的處理器核，提供 270MHz或300MHz的時鐘速率，並採用了兩級流水線技術，ARM^6EJ_S負責Linux作業系統的運行，管理外圍接口的工作。本實施方式中所述視頻處理模塊2為DM365處理器的內部包括的視頻處理子系統(Video Processing Subsystem，VPSS)，所述視頻處理模塊2包括 通信子模塊2-1、預處理子模塊2-2和格式轉換子模塊2-3，所述通信子模塊2-1，用於與所述CMOS圖像採集模塊1進行通信，本實施方式中所述通信子模塊2-1為VPSS上的圖像傳感器接口(Image Sensor hterface，ISIF)，用於提供與CMOS圖像傳感器MT9P031的通信接口，接收圖像數據；所述預處理子模塊2-2，用於對所述圖像數據進行自動白平衡、自動曝光和濾波， 本實施方式中所述預處理子模塊2-2為VPSS上的硬體3A數據採集模塊(Hardware 3A statistics collection module, H3A)，用於通過收集分析圖像數據的統計信息以實現自動白平衡、自動曝光和濾波；所述格式轉換子模塊2-3，用於對預處理後的圖像數據進行格式轉換，本實施方式中所述格式轉換子模塊2-3為VPSS上的圖像管道(Image Pipe, IPIPE)，用於將Bayer格式的圖像數據轉換為YUV420格式，並存入內存中。所述視頻處理模塊2還包括壓縮子模塊2-4，用於將格式轉換後的圖像數據進行壓縮，本實施方式中壓縮子模塊2-4為DM365內部集成的H. 264高清編解碼協處理器(HD Video Imaging Co-Processor, HDVICP)和 MPEG4-JPEG 協處理器(MPEG JPEG Co-Processor, MJCP)，實現數字圖像的H. 264/MPEG4/JPEG硬體壓縮編碼。所述高清CMOS監控設備還包括通信模塊3，用於通過RJ45接口或RS485將經所述視頻處理模塊2進行處理後的圖像數據發送至接收端，並接收來自接收端的控制命令， 所述接收端可以為上位機或具有設置功能(所述設置功能指可發送控制命令)的顯示裝置，所述控制命令用於設置日期或IP位址等。所述高清CMOS監控設備還包括數據存儲模塊4，用於將經所述視頻處理模塊2 進行處理後的圖像數據進行存儲，本實施方式中，所述數據存儲模塊4為SD卡。所述視頻處理模塊2還包括壓縮格式選擇子模塊2-5，用於選擇所述壓縮子模塊 2-4所進行壓縮的壓縮格式，本實施方式中，可通過所述通信模塊3接收到的控制命令來設置壓縮格式。所述高清CMOS監控設備還包括解析度選擇模塊5，用於選擇所述CMOS圖像採集模塊1所採集的圖像數據的解析度，本實施方式中，可通過所述通信模塊3接收到的控制命令來設置解析度。本實施方式的高清CMOS監控設備的軟體部分是基於嵌入式Linux作業系統開發和運行的。嵌入式Linux作業系統是和Unix相似、以核心為基礎的、完全內存保護、多任務多進程的作業系統，可針對不同的應用需求，對Linux內核進行裁剪修改使之能在嵌入式處理器上運行的一種作業系統，它開放源碼，內核小、效率高，適用於多種CPU和硬體平臺， 性能穩定，可移植性好，非常適合作為嵌入式設備的軟體平臺。本系統軟體部分分為內核部分開發以及應用程式部分開發。在Linux內核代碼中，驅動程序代碼佔很大比例，驅動程序負責對硬體進行初始化和控制，是連接應用程式和硬體的橋梁。應用程式可通過作業系統API接口調用Linux內核中的驅動程序，從而實現對硬體設備的初始化或控制。因此，針對具體的硬體開發相應的驅動程序是嵌入式Linux 系統開發的重要工作之一。數字圖像採集端驅動設計基於Video For Linux Two (以下簡稱V4L2)架構，V4L2 是Linux下專為音視頻輸入輸出設備驅動設計的一套內核API接口規範，數字圖像採集端驅動設計開發遵循V4L2的接口規範，以增加程序的可擴展性和可移植性，驅動程序由視頻處理模塊(VPSQ驅動程序、MT9P031驅動程序、ISIF驅動三部分組成。MT9P031、ISIF驅動程序是底層，直接控制硬體晶片MT9P031和DM365 ISIF的程序，有硬體初始化的代碼，並提供了配置接口，可配置晶片內部的寄存器。VPSS驅動程序提供了設備文件操作函數接口，和 MT9P031、ISIF驅動程序共同完成對數字圖像數據的採集的支持。應用V4L2 API進行視頻採集的流程如下(a)打開視頻設備(b)更改設備當前配置，包括選擇一個輸入源、設置視頻輸入制式、設置圖像大小寸。(c) ^1JM mmap (map device memory into application address space) Tj取數據。該方式將內核空間的設備內存地址空間映射到用戶空間的地址空間方式獲取數。 mmap系統調用使普通文件被映射到進程地址空間後，進程可以像訪問普通內存一樣對文件進行訪問，不必再調用read、Write等操作，從而大大提高了圖像數據的讀取速度。(d)對採集的數據進行處理。(e)關閉視頻設備。主程序首先完成消息隊列、共享內存的初始化工作，然後啟動網絡線程，啟動圖像採集壓縮進程，啟動搜索發送圖片進程，啟動流媒體傳輸進程。網絡線程負責接收網絡上用戶所發送的命令，根據命令進行相應的操作，各進程之間通過消息隊列進行通信，通過共享內存完成圖像信息的共享。圖像採集壓縮進程主要完成視頻圖片的採集壓縮，同時具有自動調整曝光時間、 白平衡、濾波參數的功能，以得到更佳的圖像質量。包括原始圖像採集線程，圖像壓縮線程， 自動白平衡自動曝光調整線程，控制線程。原始圖像採集線程打開視頻設備驅動，採集一幀BAYER格式數據，然後通過IPIPE將BAYER格式數據轉換為YUV420格式的圖像數據，最後將轉換後的圖像數據放入緩存。圖像壓縮線程從緩存中提取一幀數據根據用戶選擇進行 H. 264/MPEG4/JPEG格式的壓縮編碼，然後將壓縮好的數據放入緩存，等待其他進程調用。 自動白平衡自動曝光調整線程實時的分析採集的每幀BAYER格式圖像數據，根據圖片的色彩，以及亮度，動態配置圖像採集設備，從而得到更佳的圖像質量。控制線程負責和其他進程通信，實現對圖像採集壓縮進程的控制。搜索發送圖片進程搜索設備中用戶根據需要拍攝的圖片，並可通過FTP方式發送到FTP伺服器。由於設備中圖片都存儲在SD卡中，用戶還可直接從SD卡中獲取所需圖片。流媒體傳輸進程提供視頻的流媒體傳輸功能，用戶可在電腦上通過支持流媒體傳輸的播放器在線觀看監控現場的視頻。所述高清CMOS監控設備的工作原理為設備上電後，首先由Wxx)t引導Linux作業系統啟動，完成內核的啟動和文件系統的掛載，系統啟動之後，啟動主程序，主程序完成初始化工作之後，啟動網絡線程，可以隨時接收用戶從網絡上發送的命令，如修改設備IP 地址，修改系統時間等等，之後啟動採集壓縮進程，進行實時的圖像採集，壓縮。用戶可根據需求進行視頻或圖片的解析度選擇，或壓縮格式的選擇，從而得到所需格式的視頻流或圖片。之後，啟動搜索圖片進程，此進程負責將用戶拍攝的圖片通過FTP的方式傳送到FTP伺服器。之後，啟動流媒體傳輸進程，用戶可通過支持流媒體協議的視頻播放器，觀看實時的視頻。以上實施方式僅用於說明本實用新型，而並非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本實用新型的範疇，本實用新型的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種高清CMOS監控設備，其特徵在於，包括相互連接的CMOS圖像採集模塊(1)和視頻處理模塊(2)，所述CMOS圖像採集模塊(1)，用於採集圖像數據，並將所述圖像數據發送至所述視頻處理模塊⑵；所述視頻處理模塊O)，用於對所述圖像數據進行預處理，並對預處理後的圖像數據進行格式轉換。
2.如權利要求1所述的高清CMOS監控設備，其特徵在於，所述視頻處理模塊(2)包括 通信子模塊0-1)、預處理子模塊(2- 和格式轉換子模塊0-3)，所述通信子模塊0-1)，用於與所述CMOS圖像採集模塊(1)進行通信；所述預處理子模塊0-2)，用於對所述圖像數據進行預處理；所述格式轉換子模塊0-3)，用於對預處理後的圖像數據進行格式轉換。
3.如權利要求1或2所述的高清CMOS監控設備，其特徵在於，所述預處理包括自動白平衡、自動曝光和濾波。
4.如權利要求2所述的高清CMOS監控設備，其特徵在於，所述視頻處理模塊(2)還包括壓縮子模塊0-4)，用於將格式轉換後的圖像數據進行壓縮。
5.如權利要求4所述的高清CMOS監控設備，其特徵在於，所述視頻處理模塊(2)還包括壓縮格式選擇子模塊0-5)，用於選擇所述壓縮子模塊(2-4)所進行壓縮的壓縮格式。
6.如權利要求1、2或4所述的高清CMOS監控設備，其特徵在於，所述高清CMOS監控設備還包括通信模塊(3)，用於將經所述視頻處理模塊( 進行處理後的圖像數據發送至接收端，並接收來自接收端的控制命令。
7.如權利要求1、2或4所述的高清CMOS監控設備，其特徵在於，所述高清CMOS監控設備還包括數據存儲模塊G)，用於將經所述視頻處理模塊( 進行處理後的圖像數據進行存儲。
8.如權利要求1、2或4所述的高清CMOS監控設備，其特徵在於，所述高清CMOS監控設備還包括解析度選擇模塊(5)，用於選擇所述CMOS圖像採集模塊(1)所採集的圖像數據的解析度。
專利摘要本實用新型涉及電子嵌入式技術領域，特別涉及一種高清CMOS監控設備，包括相互連接的CMOS圖像採集模塊(1)和視頻處理模塊(2)，所述CMOS圖像採集模塊(1)，用於採集圖像數據，並將所述圖像數據發送至所述視頻處理模塊(2)；所述視頻處理模塊(2)，用於對所述圖像數據進行預處理，並對預處理後的圖像數據進行格式轉換。本實用新型通過對CMOS圖像採集模塊所採集的圖像數據進行預處理，提高了圖像質量，實現了在不降低監控設備的圖像質量的前提下，降低監控設備的成本及功耗。
文檔編號H04N5/225GK202004899SQ20112008427
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月25日 優先權日2011年3月25日
發明者王冬, 王庫 申請人:中國農業大學