CN101883217A

CN101883217A - 针对cfa图像的嵌入式实时彩色复原装置

Info

Publication number: CN101883217A
Application number: CN 201010228837
Authority: CN
Inventors: 孙海江; 吴川
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明涉及电子学技术领域，特别是一种针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置，包括数模转换芯片、数据存储器、程序存储器、FPGA、DSP、接口转换芯片、串口芯片和信号转换芯片，该装置是一种以DSP为核心处理器，以FPGA作为协处理器，配合SDRAM，D/A等芯片构成的一种基于CFA图像格式的数字相机的实时彩色复原装置，可以将相机输出的Bayer图像转变为彩色模拟图像输出，用于实时的景物观察与监视。本发明集成化高、小型化、算法复杂、实时性高、彩色复原的图像逼真并且具有串口调光功能。

Description

针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置

技术领域

本发明涉及电子学技术领域，特别是一种针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置。

背景技术

随着科技的发展，不论在军事领域还是民用领域，单CCD构成的彩色数字摄像机被越来越广泛的用于图像输入设备。这种单CCD相机输出的彩色图像叫做CFA(彩色滤波阵列)格式图像。CFA(彩色滤波阵列)图像上每个格点仅有一种颜色分量的灰度值。由于人眼感光特性，目前使用最普遍的是GRGB色板，即Bayer彩色滤波阵列。日常生活中的数码相机大多采用的是这种Bayer格式的传感器，通过一定的解码方式实现色彩还原。而在很多工程项目中用的数字相机本身不带彩色编码和白平衡功能，也没有自动电子调光功能，一般是需要后接高性能的计算机，利用高速图像采集卡将数据导入计算器，进行彩色编码和白平衡处理后再显示，并进行调光处理。但是整套***的体积较大，组成复杂，不利于便携，而且集成化程度不高。因此，研制一种体积小、便于携带、结构简单且集成化程度高的针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置势在必行。

发明内容

针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明提供一种针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置，可有效解决目前使用的***体积大，组成复杂，不利于便携，而且集成化程度不高等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是，针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置，包括数模转换芯片、数据存储器、程序存储器、FPGA、DSP、接口转换芯片、串口芯片和信号转换芯片，接口转换芯片与数字相机及FPGA相连，接口转换芯片将来自于数字相机的图像传递给FPGA进行处理；FPGA与数据存储器、DSP及数模转换芯片相连，FPGA将解码后的图像数据传递给数据存储器和DSP，DSP将接收的图像数据进行处理并传递给数据存储器；数模转换芯片与监视器相连，FPGA将编码后的图像数据从数据存储器中提取，传递给数模转换芯片，数模转换芯片将图像数据生成标准视频传给监视器，使其在监视器上显示；DSP与程序存储器及串口芯片相连，DSP将程序存储在程序存储器，并将对相机的调光控制数据传递给串口芯片；串口芯片通过信号转换芯片与数字相机相连，串口芯片将处理过的信号数据通过信号转换芯片传递给数字相机，完成对数字相机曝光的控制。

本发明集成化高、小型化、算法复杂、实时性高、彩色复原的图像逼真并且具有串口调光功能。

附图说明

图1为本发明的针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置的结构框图。

图2为本发明的针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置的电路示意图。

图3为本发明的DSP程序方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1和图2所示，本发明针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置，包括数模转换芯片、数据存储器、程序存储器、FPGA、DSP、接口转换芯片、串口芯片和信号转换芯片，接口转换芯片与数字相机及FPGA相连，接口转换芯片将来自于数字相机的图像传递给FPGA进行处理；FPGA与数据存储器、DSP及数模转换芯片相连，FPGA将解码后的图像数据传递给数据存储器和DSP，DSP将接收的图像数据进行处理并传递给数据存储器；数模转换芯片与监视器相连，FPGA将编码后的图像数据从数据存储器中提取，传递给数模转换芯片，数模转换芯片将图像数据生成标准视频传给监视器，使其在监视器上显示；DSP与程序存储器及串口芯片相连，DSP将程序存储在程序存储器，并将对相机的调光控制数据传递给串口芯片；串口芯片通过信号转换芯片与数字相机相连，串口芯片将处理过的信号数据通过信号转换芯片传递给数字相机，完成对数字相机曝光的控制。

所说的数字相机的脚C[0-3]与接口转换芯片的脚Input[0-3]相连，接口转换芯片的脚CLK与FPGA的脚CLK相连，接口转换芯片的脚Data[0-7]与FPGA的脚InData[0-7]相连，接口转换芯片的脚HSYNCY接FPGA的脚HSYNCY，接口转换芯片的脚VSYNCY接FPGA的脚VSYNCY；FPGA的脚CLK1接数模转换芯片的脚CLK1，FPGA的脚HSY接数模转换芯片的脚HSY，FPGA的脚VSY接数模转换芯片的脚VSY，FPGA的脚Y[0-7]接数模转换芯片的脚Y[0-7]，FPGA的脚Addr[0-7]接数据存储器的脚A[0-7]，FPGA的脚Out[0-7]接数据存储器的脚D[0-7]；数模转换芯片的脚VIDEO接监视器；数据存储器的脚A[0-7]接DSP的脚A[0-7]，数据存储器的脚D[0-7]接DSP的脚D[0-7]；DSP的脚S[0-7]接串口芯片的脚R[0-7]，DSP的脚A1[0-7]接程序存储器的脚A1[0-7]，DSP的脚D1[0-7]接程序存储器的脚D1[0-7]；串口芯片的脚TX接信号转换芯片的脚TX1，信号转换芯片的脚TX+接数字相机的脚RX+，信号转换芯片的脚TX-接数字相机的脚RX-。

由图3所示，本发明的DSP的程序流程，具体过程如下：

1)一整幅图像数据写入数据存储器后，启动DSP中的DMA(Direct MemoryAccess，直接存储器访问)将数据存储器中的Bayer图像导入到DSP中；

2)采用双线性插值法将Bayer图像解码为RGB的彩色图像；

3)根据R、G和B三个分量的全屏均值Mean_R、Mean_G和Mean_B进行白平衡参数的计算，设各校正参数为AR，AG和AB，三个参数的计算公式为AG＝1；AR＝Mean_R/Mean_G；AB＝Mean_B/Mean_G；新的R＝R*AR；新的G＝G*AG；新B＝B*AB；得到校正后的RGB图像；

4)采用插值法对RGB图像的分辨率进行处理，获得分辨率为768(H)×576(V)的标准视频RGB图像；

5)进行彩色空间变换，得到能进行数模转换的YUV(4:2:2)彩色图像；

6)DSP启动DMA将生成的YUV图像存入数据存储器；

7)DSP计算整幅图像的亮度均值和相机的曝光时间并将数据信号通过串口转换芯片向相机发送调光指令。

所说的接口转换芯片采用DS90CR288，将CameraLink格式的数据信号转换成TTL信号；所说的负责图像采集和***管理的芯片FPGA，采用V2P4；所说的数据存储器SDRAM采用高速存储芯片IS42S16400，具有64Mb的存储空间，方便图像数据的存储和读取；所说的核心处理器DSP采用TMS320C6416；所说的数模转换芯片采用ADV7194进行数模转换；所说的程序存储器FLASH芯片采用AM29LV800DB，具有4M的存储空间用于程序代码的存储；所说的串口芯片采用16C650具有32个Bytes的FIFO空间；所说的信号转换芯片采用LV047A。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

所说的针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置先上电，DSP通过地址线A1[0-7]译码后从FALSH中读取程序代码通过数据线D1[0-7]加载到DSP中，本装置的彩色复原程序开始运行。相机输出的数字图像信号为CameraLink格式，相机的输出信号C[0-3]接入DS90CR288的Input[0-3]，后分离出像素时钟CLK，行同步信号HSYNCY和场同步信号VSYNCY，和8位的图像数据Data[0-7]；然后将以上信号线和数据线接入FPGA，FPGA根据像素时钟CLK，行同步信号HSYNCY和场同步信号VSYNCY，采集图像数据InData[0-7]，并将数据InData[0-7]转成Out[0-7]，通过地址线Addr[0-7]译码后写入SDRAM的Bayer图像存储区；当一整幅图像数据写入SDRAM后，DSP启动DMA通过地址线A[0-7]和数据线D[0-7]将图像数据导入DSP片内，进行彩色编码处理，生成YUV彩色图像，具体处理过程如图3介绍；彩色图像生成后DSP启动DMA通过地址线A[0-7]译码后将YUV图像数据经过数据线D[0-7]导入SDRAM的YUV彩色图像存储区；然后由FPGA生成标准视频信号的像素时钟CLK1、行同步信号HSY和场同步信号VSY接入数模转换芯片ADV7194，并通过地址线Addr[0-7]和数据线Out[0-7]将生成的YUV彩色图像从SDRAM的相应存储区取出，在通过地址线Y[0-7]导入ADV7194后生成标准模拟视频信号VIDEO送显示。DSP对相机的调光控制数据，由DSP信号管脚S[0-7]送给16C650的R[0-7]并行数据转为串行后，由TX接入芯片LV047A的TX1后转为差分信号后TX+接相机的RX+，TX-接相机的RX-，完成相机的曝光控制。

本发明可以通过更改DSP里的程序，将不同分辨率的数字相机输出的Bayer图像(输出频率可以达到25Hz)经过采集、存储、彩色变换，分辨率插值和数模转换后，输出彩色的模拟图像用于人眼的观察和监视，输出频率达到25Hz，与此同时根据图像的亮度值，通过串口自动调整相机的曝光时间，使图像的亮度更加适中，人眼观看更舒适；将非标的数字视频转为标准的模拟视频信号的一种嵌入式装置，而且装置是以DSP+FPGA为彩色变换核心器件和以串口进行相机调光的一种全自动嵌入式装置，在彩色复原过程中，无需人工操作，使***具有了小型化、集成化、实时性高、自动化程度高的特点。

Claims

1.针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置，其特征在于，包括数模转换芯片、数据存储器、程序存储器、FPGA、DSP、接口转换芯片、串口芯片和信号转换芯片，接口转换芯片与数字相机及FPGA相连，接口转换芯片将来自于数字相机的图像传递给FPGA进行处理；FPGA与数据存储器、DSP及数模转换芯片相连，FPGA将解码后的图像数据传递给数据存储器和DSP，DSP将接收的图像数据进行处理并传递给数据存储器；数模转换芯片与监视器相连，FPGA将编码后的图像数据从数据存储器中提取，传递给数模转换芯片，数模转换芯片将图像数据生成标准视频传给监视器，使其在监视器上显示；DSP与程序存储器及串口芯片相连，DSP将程序存储在程序存储器，并将对相机的调光控制数据传递给串口芯片；串口芯片通过信号转换芯片与数字相机相连，串口芯片将处理过的信号数据通过信号转换芯片传递给数字相机，完成对数字相机曝光的控制。

2.根据权利要求1所述的针对CFA图像的嵌入式实时彩色复原装置，其特征在于，所说的数字相机的脚C[0-3]与接口转换芯片的脚Input[0-3]相连，接口转换芯片的脚CLK与FPGA的脚CLK相连，接口转换芯片的脚Data[0-7]与FPGA的脚InData[0-7]相连，接口转换芯片的脚HSYNCY接FPGA的脚HSYNCY，接口转换芯片的脚VSYNCY接FPGA的脚VSYNCY；FPGA的脚CLK1接数模转换芯片的脚CLK1，FPGA的脚HSY接数模转换芯片的脚HSY，FPGA的脚VSY接数模转换芯片的脚VSY，FPGA的脚Y[0-7]接数模转换芯片的脚Y[0-7]，FPGA的脚Addr[0-7]接数据存储器的脚A[0-7]，FPGA的脚Out[0-7]接数据存储器的脚D[0-7]；数模转换芯片的脚VIDEO接监视器；数据存储器的脚A[0-7]接DSP的脚A[0-7]，数据存储器的脚D[0-7]接DSP的脚D[0-7]；DSP的脚S[0-7]接串口芯片的脚R[0-7]，DSP的脚A1[0-7]接程序存储器的脚A1[0-7]，DSP的脚D1[0-7]接程序存储器的脚D1[0-7]；串口芯片的脚TX接信号转换芯片的脚TX1，信号转换芯片的脚TX+接数字相机的脚RX+，信号转换芯片的脚TX-接数字相机的脚RX-。