CN114071038B - 一种图像处理***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像处理***及方法，涉及图像处理技术领域，该***包括：图像采集模块、图像缓存模块、图像显示模块和主控模块；所述图像采集模块与图像采集装置和所述主控模块电性连接，所述图像采集模块用于获取所述图像采集装置采集到的图像数据；所述图像缓存模块与所述主控模块电性连接，所述图像缓存模块用于缓存所述图像数据，且，所述图像缓存模块与所述图像采集模块对所述图像数据进行并行处理；所述图像显示模块与所述主控模块电性连接，所述图像显示模块用于展示所述图像数据。本发明能够高速化地完成图像采集、图像数据压缩、图像存储等功能，提高图像采集速率，为后续图像处理、智能化提供便利。

Description

一种图像处理***及方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像处理***及方法。
背景技术
在图像处理领域，落后的图像采集、缓存、显示技术已经不能满足现在的需求，目前对于图像的处理已经不是停留在以前是仅仅是一张完整图像或者简单的成像，而是对图像的高速采集、传输、显示以及对图像进行大数据处理，智能识别，生物识别。
臃肿和数目巨大的集成晶体管、电子管、超大规模集成电路(Very Large ScaleIntegrated Circuit，VLSLC)、中小规模集成电路已经无法满足现在图像处理的发展，因此，有必要对现有的图像处理***进行改进。
发明内容
本发明提供一种图像处理***及方法，用以解决现有技术中解决高速图像采集控制***中带宽不足的缺陷，实现高速化地完成图像采集、图像数据压缩、图像存储等功能，提高图像采集速率，为后续图像处理、智能化提供便利。
本发明提供一种图像处理***，包括：
图像采集模块、图像缓存模块、图像显示模块和主控模块；
所述图像采集模块与图像采集装置和所述主控模块电性连接，所述图像采集模块用于获取所述图像采集装置采集到的图像数据；
所述图像缓存模块与所述主控模块电性连接，所述图像缓存模块用于缓存所述图像数据，且，所述图像缓存模块与所述图像采集模块对所述图像数据进行并行处理；
所述图像显示模块与所述主控模块电性连接，所述图像显示模块用于展示所述图像数据。
根据本发明提供的图像处理***，所述图像采集模块包括：
图像采集单元，用于获取所述图像采集装置采集到的图像数据；
模数转换单元，用于将所述图像采集单元获取到的图像数据转换为数字图像信号；
第一传输单元，用于将所述数字图像信号传输给所述主控模块；
根据本发明提供的图像处理***，所述图像采集模块还包括：
调整单元，用于调整所述图像采集装置的参数。
根据本发明提供的图像处理***，所述图像采集模块采用图像传感器OV7670。
根据本发明提供的图像处理***，所述图像缓存模块包括：
同步动态随机存取内存芯片以及与所述同步动态随机存取内存芯片电性连接的同步动态随机存取内存控制器；
所述同步动态随机存取内存控制器与所述主控模块电性连接，所述同步动态随机存取内存控制器用于获取所述主控模块传输的所述数字图像信号；
所述同步动态随机存取内存用于缓存所述同步动态随机存取内存控制器传输的所述数字图像信号，所述同步动态随机存取内存控制器用于控制所述同步动态随机存取内存芯片对所述数字图像信号进行读/写操作。
根据本发明提供的图像处理***，所述图像显示模块包括：
第二传输单元，用于获取所述主控模块传输的所述数字图像信号；
数模转换单元，用于将所述第二传输单元获取到的所述数字图像信号转换为图像数据；
显示单元，用于获取并展示所述图像数据。
根据本发明提供的图像处理***，所述图像显示模块采用视频图形阵列模块。
根据本发明提供的图像处理***，所述主控模块采用现场可编程逻辑门阵列芯片。
根据本发明提供的图像处理***，所述主控模块采用CycloneIV系列芯片。
本发明还提供一种图像处理方法，包括以下步骤：
获取所述图像数据；
将所述图像数据转换为所述数字图像信号，且并行缓存所述数字图像信号；
将所述数字图像信号转换为所述图像数据，并展示所述图像数据。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述图像处理方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述图像处理方法的步骤。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述图像处理方法的步骤。
本发明提供的图像处理***及方法，该***通过图像采集模块、图像缓存模块、图像显示模块以及主控模块的设置，基于SOPC技术设计了高速的图像处理***，解决高速图像采集控制***中带宽不足的问题，能够高速化地完成图像采集、图像数据压缩、图像存储等功能，提高图像采集速率，为后续图像处理、智能化提供便利；此外，通过将图像采集模块和图像缓存模块的并行化处理，提高图像处理***工作的效率；
该方法基于SOPC技术设计了高速的图像处理***，通过将图像采集以及图像缓存并行化处理，提高了图像处理工作的效率，能够减轻主控模块的数据传输压力，进而解决高速图像采集控制***中带宽不足的问题，能够高速化地完成图像采集、图像数据压缩、图像存储等功能，提高图像采集速率，为后续图像处理、智能化提供便利。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的图像处理***的结构示意图；
图2是本发明提供的图像处理***中图像采集模块具体的结构示意图；
图3是本发明提供的图像处理***中图像采集模块具体的电路示意图；
图4是本发明提供的图像处理***中图像缓存模块具体的电路示意图；
图5是本发明提供的图像处理***中图像显示模块具体的结构示意图；
图6是本发明提供的图像处理***中图像显示模块具体的电路示意图；
图7是本发明提供的图像处理方法的流程示意图；
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的图像处理***，该***包括：
图像采集模块100、图像缓存模块200、图像显示模块300和主控模块400。其中，图像采集模块100与外部的图像采集装置和主控模块400电性连接，图像采集模块100用于获取图像采集装置采集到的图像数据；图像缓存模块200与主控模块400电性连接，图像缓存模块200用于缓存图像数据，且，图像缓存模块200与图像采集模块100对图像数据进行并行处理；图像显示模块300与主控模块400电性连接，图像显示模块300用于展示图像数据。
在本实施例中，图像采集模块可以采用OV系列的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器OV7670作为核心。图像采集装置可以对应的采用OV系列摄像头。
图像传感器OV7670作为该***中的图像采集模块100的核心，负责对外部的图像采集装置初始化设置、采集图像采集装置传输的图像数据，并将采集到的图像数据转换为数字图像信号输入给主控模块400。
在本实施例中，图像缓存模块200采用同步动态随机存取内存(SynchronousDynamic Random-Access Memory，SDRAM)芯片作为核心。
在本实施例中，图像显示模块300可以采用视频图形阵列(Video GraphicsArray，VGA)模块，例如VGA显示器。
在本实施例中，主控模块采用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)芯片。优选的，主控模块400可以采用CycloneIV系列芯片作为核心。
CycloneIV系列芯片作为该***的主控模块400的核心，负责对VGA显示器的控制输出、对CMOS图像传感器模块的设置以及图像采集、SDRAM存储器的控制和输出等工作。
本发明的图像处理***通过图像采集模块100、图像缓存模块200、图像显示模块300以及主控模块400的设置，基于SOPC技术设计了高速的图像处理***，解决高速图像采集控制***中带宽不足的问题，能够高速化地完成图像采集、图像数据压缩、图像存储等功能，提高图像采集速率，为后续图像处理、智能化提供便利；此外，通过将图像采集模块和图像缓存模块的并行化处理，提高图像处理***工作的效率。
可编程的片上***(System On Programmable Chip，SOPC)，作为大规模集成电路技术高度发展的产物，SOPC融合了***级芯片(System on Chip，SoC)和FPGA技术，使得硬件***的开发变得更加灵活、高效、成本低。SOPC将数字信号处理***、数字通信***、嵌入式处理器芯片、存储电路在单一的一块FPGA中嵌入实现，采用软硬件协同和嵌入网际互连协议(Internet Protocol，IP)核，将原来需要成千上万行的VHDL语言通过IP内核只需要几十行C语言代码即刻实现，大大缩短了硬件的设计周期。
SOPC技术融合了SoC和FPGA技术，使得硬件***的开发变得更加灵活、高效、成本低。具体包括：生产规模越来越大，越来越符合工厂化生产；逻辑门数规模越来越大，单单一块芯片就可以容乃百万级、千万级、甚至亿级逻辑门数，上百万晶体管，在复杂时序和复杂逻辑电路表现出色；SOPC生产开发成本低，芯片在生产完都会经过严格测试，而且SOPC设计灵活，发现错误可以立即更改，减少了芯片不必要的人为损耗；SOPC由于其可重复编程的特性，只需要改变核心的程序输入就可以更改芯片实际使用功能，对于可编程逻辑器件的学习有巨大的帮助；电子设计自动化(Electronic design automation，EDA)开发工具越来越完善，功能也越来越强大对FPGA发展也起到促进作用；新型FPGA搭配内核CPU能进行更多实际功能的开发，对软硬类***的开发具有巨大的促进作用。
下面结合图2和图3描述本发明的图像处理***，图像采集模块100包括：
图像采集单元110，用于获取图像采集装置采集到的图像数据。
模数转换单元120，用于将图像采集单元110获取到的图像数据转换为数字图像信号。
第一传输单元130，用于将数字图像信号传输给主控模块400。
调整单元140，用于调整图像采集装置的参数，例如对图像采集装的初始化设置。
在图像采集模块100中，图像传感器OV7670采集相应的图像数据之前需要串行摄像机控制总线协议(Serial Camera Control Bus，SCCB)对图像传感器的内的寄存器进行初始化。SCCB是一条串行摄像机控制总线协议。它是一条三线协议，但是一般由数据线和时钟线控制。SIO_D是SCCB的数据线，而SIO_C是SCCB控制协议的时钟线。SCCB一共支持两种地址控制方式：第一种是内部寄存器单元地址(Sub_Address，8bit)，用来决定对该***中的那个寄存器进行操作；第二种是从第一相数据即设备的地址(ID address，8bit)，进行写地址和读地址的区分，其中，DATA7到DATA1用于选中芯片，DATA0位是写/读控制位(W/R)，如果DATA0位为1则进行写操作反则DATA0位为0则进行读操作。SCCB控制总线通过对数据线和信号的高低电平转化实现对OV系列摄像头的初始化。
下面结合图4描述本发明的图像处理***，图像缓存模块200包括：
SDRAM芯片以及与SDRAM芯片电性连接的SDRAM控制器。其中，SDRAM控制器与主控模块400电性连接，SDRAM控制器用于获取主控模块400传输来的经过转换后的数字图像信号；SDRAM芯片用于缓存SDRAM控制器传输来的数字图像信号，SDRAM控制器用于控制SDRAM芯片对数字图像信号进行读/写操作。
基于VHDL设计SDRAM控制器，该自定义的SDRAM控制器可以把相应的图像信息直接存入SDRAM芯片的两块缓存区域，省掉了传统数据采集***中必须使用先入先出队列(First Input First Output，FIFO)对数据进行缓存的环节，减轻了主控模块400的数据传输任务。此外，基于SDRAM控制器和SDRAM芯片将该***中图像采集模块100和图像缓存模块200的并行化处理，提高了该***工作的效率。
下面结合图5和图6描述本发明的图像处理***，图像显示模块300包括：
第二传输单元310，用于获取主控模块400传输的数字图像信号。在该***中，基于SDRAM控制器，将数字图像信号向第二传输单元310传输。
数模转换单元320，用于将第二传输单元310获取到的数字图像信号转换为图像数据。
显示单元330，用于获取并展示图像数据。
VGA接口都有十五个引脚，其中有用的引脚有VGA_R、VGA_G、VGA_B、VGA_HS和VGA_VS这五个引脚。由于R、G、B为三原色任意搭配能产生不同的颜色。VGA接口输出的颜色采用8bit3:3:2RGB，能够显示高达256种颜色，然后通过电子枪在VGA显示屏上产生不同的像素点，最终不同颜色的组合形成图像。VGA_HS是VGA显示屏的行同步信号，由于VGA显示屏是由电子枪从左往右逐个逐个像素点进行显示的，当电子枪从左往右扫描VGA显示屏整行时会产生一个VGA_HS，即表明这行已经显示完毕了。然后电子枪会回到VGA显示器左边，继续进行下一行扫描，直到最后一行的扫描完毕，产生一个VGA_VS场同步信号，即表面这一帧图像已经显示完毕了。目前，普遍人眼最高能接受到的图像信息是每秒30帧，所以说一般VGA显示器能做到60帧就已经能够完全满足人眼的要求，在该***中标准的VGA显示屏的VGA_VS设置为60hz，VGA_HS设置为31.5Khz。
下面结合图7描述本发明的图像处理方法，该方法基于本发明的图像处理***实现，包括以下步骤：
S100、通过图像采集模块100获取外部的图像采集装置采集到的图像数据。
S200、通过图像采集模块100将图像数据转换为数字图像信号，之后通过图像缓存模块200并行地缓存述数字图像信号。
本发明的图像处理方法，基于SOPC技术设计了高速的图像处理***，通过将图像采集以及图像缓存并行化处理，提高了图像处理工作的效率，能够减轻主控模块400的数据传输压力，进而解决高速图像采集控制***中带宽不足的问题，能够高速化地完成图像采集、图像数据压缩、图像存储等功能，提高图像采集速率，为后续图像处理、智能化提供便利。
S300、主控模块400基于图像缓存模块200将数字图像信号转换为图像数据，并通过图像显示模块300展示图像数据。
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行图像处理方法，该方法包括以下步骤：
获取所述图像数据；
将所述图像数据转换为所述数字图像信号，且并行缓存所述数字图像信号；
将所述数字图像信号转换为所述图像数据，并展示所述图像数据。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的图像处理方法，该方法包括以下步骤：
获取所述图像数据；
将所述图像数据转换为所述数字图像信号，且并行缓存所述数字图像信号；
将所述数字图像信号转换为所述图像数据，并展示所述图像数据。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的图像处理方法，该方法包括以下步骤：
获取所述图像数据；
将所述图像数据转换为所述数字图像信号，且并行缓存所述数字图像信号；
将所述数字图像信号转换为所述图像数据，并展示所述图像数据。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种图像处理***，其特征在于，包括：
图像采集模块、图像缓存模块、图像显示模块和主控模块；
所述图像采集模块与图像采集装置和所述主控模块电性连接，所述图像采集模块用于获取所述图像采集装置采集到的图像数据；
所述图像缓存模块与所述主控模块电性连接，所述图像缓存模块用于缓存所述图像数据，且，所述图像缓存模块与所述图像采集模块对所述图像数据进行并行处理；
所述图像显示模块与所述主控模块电性连接，所述图像显示模块用于展示所述图像数据；
所述图像采集模块包括：
图像采集单元，用于获取所述图像采集装置采集到的图像数据；
模数转换单元，用于将所述图像采集单元获取到的图像数据转换为数字图像信号；
第一传输单元，用于将所述数字图像信号传输给所述主控模块；
所述图像缓存模块包括：
同步动态随机存取内存芯片以及与所述同步动态随机存取内存芯片电性连接的同步动态随机存取内存控制器；
所述同步动态随机存取内存控制器与所述主控模块电性连接，所述同步动态随机存取内存控制器用于获取所述主控模块传输的所述数字图像信号；
所述同步动态随机存取内存用于缓存所述同步动态随机存取内存控制器传输的所述数字图像信号，所述同步动态随机存取内存控制器用于控制所述同步动态随机存取内存芯片对所述数字图像信号进行读/写操作。
2.根据权利要求1所述的图像处理***，其特征在于，所述图像采集模块还包括：
调整单元，用于调整所述图像采集装置的参数。
3.根据权利要求1所述的图像处理***，其特征在于，所述图像采集模块采用图像传感器OV7670。
4.根据权利要求1所述的图像处理***，其特征在于，所述图像显示模块包括：
第二传输单元，用于获取所述主控模块传输的所述数字图像信号；
数模转换单元，用于将所述第二传输单元获取到的所述数字图像信号转换为图像数据；
显示单元，用于获取并展示所述图像数据。
5.根据权利要求1所述的图像处理***，其特征在于，所述图像显示模块采用视频图形阵列模块。
6.根据权利要求1所述的图像处理***，其特征在于，所述主控模块采用现场可编程逻辑门阵列芯片。
7.根据权利要求6所述的图像处理***，其特征在于，所述主控模块采用CycloneIV系列芯片。
8.一种基于权利要1-7任一项所述的图像处理***所实现的图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述图像数据；
将所述图像数据转换为数字图像信号，且并行缓存所述数字图像信号；
将所述数字图像信号转换为所述图像数据，并展示所述图像数据。
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