一種使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)，包括控制器、高清相機(jī)和圖像數(shù)據(jù)傳輸卡，所述控制器通過用戶總線接口信號與高清相機(jī)連接，控制所述高清相機(jī)的工作模式，所述用戶總線接口信號包括EXSYNC、PRIN和BIN；所述高清相機(jī)通過數(shù)據(jù)總線接口與所述圖形采集卡連接，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡利用所述數(shù)據(jù)總線接口信號來實(shí)現(xiàn)對所述高清相機(jī)的控制及圖像數(shù)據(jù)的抓取操作，所述數(shù)據(jù)總線接口包括DATA0~11、FVAL、LVAL和STROBE。本發(fā)明的技術(shù)效果在于所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡產(chǎn)生相機(jī)工作所需的輸入信號，解譯相機(jī)的輸出信號，使高清相機(jī)在電控方式下工作并實(shí)時、正確地抓取相機(jī)輸出的圖像數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，特別涉及一種使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來隨著國家及各地方政府加大對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，我國的公路及城市道路建設(shè)都得到了前所未有的發(fā)展，并且這種快速發(fā)展的趨勢在未來若干年還將持續(xù)下去，與之相配套的智能交通技術(shù)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。如果我們將寬廣的道路比作是計(jì)算機(jī)的“硬件”的話，那么架設(shè)在這些道路上的各種智能交通系統(tǒng)就是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上的“軟件”，對于保障行車安全，提高道路的運(yùn)行效率，加強(qiáng)監(jiān)管等發(fā)揮著越來越重要的作用。并且隨著交通網(wǎng)絡(luò)的不斷延伸擴(kuò)展，智能交通技術(shù)的不斷突破，對于這種“軟件”功能的升級視頻監(jiān)控和識別技術(shù)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，我國很早就開始研究和應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行交通監(jiān)控和違障抓拍，并誕生了一大批以應(yīng)用該技術(shù)為主要業(yè)務(wù)的高科技企業(yè)。在這一領(lǐng)域早期由于受到價格及硬件發(fā)展水平的限制，攝像機(jī)大都選用的是標(biāo)準(zhǔn)視頻相機(jī)，而在近五年來，由于大量國產(chǎn)高科技企業(yè)的崛起，用戶對圖像清晰度的要求越來越高，標(biāo)清相機(jī)基本淘汰，取而代之的是高清相機(jī)，這些相機(jī)的某些特征如自動光圈、后焦調(diào)整、抗光暈、自動增益、自動白平衡、靈敏度等都與ITS應(yīng)用的需求非常接近，且其分辨率低、隔行掃描、接口、可編程控制功能也大大增強(qiáng)。這些優(yōu)勢使得高清相機(jī)對車牌的識別率高、抓拍圖像清晰、控制簡單、系統(tǒng)對接簡便等優(yōu)勢，。據(jù)我們了解，在華東、華南沿海地區(qū)的智能交通系統(tǒng)中，目前絕大部分采用的都是200萬像素分辨率以上的相機(jī)，且以數(shù)字相機(jī)居多。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)和市場承受能力來說，我國目前已完全具備在智能交通系統(tǒng)中推廣使用高分辨率相機(jī)的條件。
[0003]區(qū)間測速系統(tǒng)是通過在道路卡點(diǎn)架設(shè)攝像機(jī)建立監(jiān)控抓拍系統(tǒng)，對道路卡點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)所通行的車輛進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、抓拍、以獲取車輛行駛速度、交通流量、車輛的牌照號碼、顏色、物理大概尺寸以及駕駛員特征等信息，再將信息通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦步煌ㄖ笓]中心和交通控制分中心的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、查詢、比對等處理。以便進(jìn)行集中有效地管理，能為公安部門有效打擊違章超速、肇事逃逸、可疑車輛等各種違法行為提供有效地技術(shù)支持。這些信息也可以用于對交通流量的自動分析、統(tǒng)計(jì)和用于對違法、違規(guī)車輛進(jìn)行處理的法律依據(jù)。
[0004]現(xiàn)在的高清相機(jī)在抓拍圖像清晰度、操作簡單、車牌識別、雙碼流視頻輸出等方面已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是在高清相機(jī)智能應(yīng)用算法的二次開發(fā)上，還是進(jìn)度緩慢，且成效不高。某些增加了智能應(yīng)用的高清相機(jī)操作及其復(fù)雜，且與相機(jī)基本功能產(chǎn)生沖突，造成相機(jī)工作不穩(wěn)定。
[0005]現(xiàn)在的區(qū)間測速功能實(shí)現(xiàn)方法，主要是依賴前端攝像機(jī)抓拍過車車輛圖片，區(qū)間測速主機(jī)對多車車輛圖片進(jìn)行比對，得出結(jié)果。這種方式對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高，在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者中斷的情況下，穩(wěn)定性較低；且除了前端高清攝像機(jī)還需要針對每一個卡點(diǎn)配置一臺區(qū)間測速主機(jī),成本昂貴。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明基于區(qū)間測速技術(shù)，提出了一種使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)，抓拍圖像清晰度、操作簡單、車牌識別、雙碼流視頻輸出等基本功能成熟，又能在智能應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)區(qū)間測速功能。
[0007]本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下:
一種使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)，包括控制器、高清相機(jī)和圖像數(shù)據(jù)傳輸卡，其特征在于，所述控制器通過用戶總線接口信號與高清相機(jī)連接，控制所述高清相機(jī)的工作模式，所述用戶總線接口信號包括EXSYNC、PRIN和BIN，其中:
EXSYNC為觸發(fā)幀讀出信號，當(dāng)EXSYNC固定接低電平時，相機(jī)以最大幀速率輸出圖像數(shù)據(jù)；當(dāng)EXSYNC正負(fù)交替時，它的下降沿觸發(fā)幀讀出；
PRIN為像元復(fù)位信號，在兩次EXSYNC有效之間復(fù)位像元，從而縮短有效曝光時間；PRIN低有效，在其上升沿開始有效曝光，如果PRIN固定接高電平，積分時間最大；如果PRIN被固定接低電平，高清相機(jī)收集不到任何圖像信息；
BIN為像元合并信號，用于控制像元合并，BIN信號高有效；
所述高清相機(jī)通過數(shù)據(jù)總線接口與所述圖形采集卡連接，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡利用所述數(shù)據(jù)總線接口信號來實(shí)現(xiàn)對所述高清相機(jī)的控制及圖像數(shù)據(jù)的抓取操作，所述數(shù)據(jù)總線接 口包括 DATA (Tl1、FVAL, LVAL 和 STROBE，其中:
DATA (Tll共12位數(shù)據(jù)總線，DATA (Tll分別對應(yīng)某個像元灰度的12位圖像數(shù)據(jù)； FVAL為幀同步信號，F(xiàn)VAL高電平表明相機(jī)正輸出一幀有效數(shù)據(jù)；
LVAL為行同步信號，當(dāng)FVAL為高電平時表明所述高清相機(jī)正輸出一個有效的像元行，在兩個有效行之間，LVAL會變低跳過幾個無效的像元，跳過的像元數(shù)取決于所述高清相機(jī)的型號和預(yù)觸發(fā)設(shè)定；
STROBE是圖像數(shù)據(jù)的像元時鐘，其頻率與數(shù)據(jù)速率相同，即使數(shù)據(jù)無效，STROBE仍然連續(xù)交變，為了獲得有效的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡應(yīng)在FVAL和LVAL為高電平時，在STROBE的下降沿進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存；
其中，當(dāng)PRIN由低電平向高電平跳變時，相機(jī)開始曝光，達(dá)到設(shè)定的曝光時間后，EXSYNC信號變低，觸發(fā)幀讀出，此時所述高清相機(jī)首先進(jìn)行幀轉(zhuǎn)移，幀轉(zhuǎn)移一結(jié)束，輸出信號FVAL由低變高表示有效的數(shù)據(jù)幀開始，LVAL由低變高表示相機(jī)正輸出有效像元行，當(dāng)FVAL和LVAL再一次變低時，表示一幀數(shù)據(jù)輸出結(jié)束，可以開始第二次觸發(fā)幀讀出；第二次曝光可在第一次幀轉(zhuǎn)移結(jié)束后與第二次幀讀出啟動前這段時間進(jìn)行，曝光時間在一定范圍內(nèi)可調(diào)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)效果在于所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡產(chǎn)生相機(jī)工作所需的輸入信號，解譯相機(jī)的輸出信號，使高清相機(jī)在電控方式下工作并實(shí)時、正確地抓取相機(jī)輸出的圖像數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
圖2為圖1所示的使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)傳輸卡的結(jié)構(gòu)圖。【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所示的使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)，包括控制器、高清相機(jī)和圖像數(shù)據(jù)傳輸卡，所述控制器通過用戶總線接口信號與高清相機(jī)連接，控制所述高清相機(jī)的工作模式，所述用戶總線接口信號包括EXSYNC、PRIN和BIN，其中:
EXSYNC為觸發(fā)幀讀出信號，當(dāng)EXSYNC固定接低電平時，相機(jī)以最大幀速率輸出圖像數(shù)據(jù)；當(dāng)EXSYNC正負(fù)交替時，它的下降沿觸發(fā)幀讀出；
PRIN為像元復(fù)位信號，在兩次EXSYNC有效之間復(fù)位像元，從而縮短有效曝光時間；PRIN低有效，在其上升沿開始有效曝光，如果PRIN固定接高電平，積分時間最大；如果PRIN被固定接低電平，高清相機(jī)收集不到任何圖像信息；
BIN為像元合并信號，用于控制像元合并，BIN信號高有效；
所述高清相機(jī)通過數(shù)據(jù)總線接口與所述圖形采集卡連接，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡利用所述數(shù)據(jù)總線接口信號來實(shí)現(xiàn)對所述高清相機(jī)的控制及圖像數(shù)據(jù)的抓取操作，所述數(shù)據(jù)總線接 口包括 DATA 0?11、FVAL、LVAL 和 STROBE，其中:
DATA (Tll共12位數(shù)據(jù)總線，DATA (Tll分別對應(yīng)某個像元灰度的12位圖像數(shù)據(jù)； FVAL為幀同步信號，F(xiàn)VAL高電平表明相機(jī)正輸出一幀有效數(shù)據(jù)；
LVAL為行同步信號，當(dāng)FVAL為高電平時表明所述高清相機(jī)正輸出一個有效的像元行，在兩個有效行之間，LVAL會變低跳過幾個無效的像元，跳過的像元數(shù)取決于所述高清相機(jī)的型號和預(yù)觸發(fā)設(shè)定；
STROBE是圖像數(shù)據(jù)的像元時鐘，其頻率與數(shù)據(jù)速率相同，即使數(shù)據(jù)無效，STROBE仍然連續(xù)交變，為了獲得有效的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡應(yīng)在FVAL和LVAL為高電平時，在STROBE的下降沿進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存；
其中，當(dāng)PRIN由低電平向高電平跳變時，相機(jī)開始曝光，達(dá)到設(shè)定的曝光時間后，EXSYNC信號變低，觸發(fā)幀讀出，此時所述高清相機(jī)首先進(jìn)行幀轉(zhuǎn)移，幀轉(zhuǎn)移一結(jié)束，輸出信號FVAL由低變高表示有效的數(shù)據(jù)幀開始，LVAL由低變高表示相機(jī)正輸出有效像元行，當(dāng)FVAL和LVAL再一次變低時，表示一幀數(shù)據(jù)輸出結(jié)束，可以開始第二次觸發(fā)幀讀出；第二次曝光可在第一次幀轉(zhuǎn)移結(jié)束后與第二次幀讀出啟動前這段時間進(jìn)行，曝光時間在一定范圍內(nèi)可調(diào)。
[0011]如圖2所述，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡包括電荷耦合元件(CXD)傳感器、C⑶驅(qū)動電路、CCD輸出保護(hù)電路、CCD偏壓電路、CCD信號預(yù)處理電路和FPGA ;其中，所述CCD傳感器接收所述高清相機(jī)的成像，CCD偏壓電路為CCD傳感器提供必需的偏置電壓，可編程邏輯器件FPGA產(chǎn)生的時序脈沖經(jīng)過CXD驅(qū)動電路對CXD進(jìn)行控制采集，CXD輸出保護(hù)電路可對CXD進(jìn)行有效地防護(hù)保護(hù)，CCD信號預(yù)處理電路對CCD輸出的帶噪模擬信號進(jìn)行處理后提供給FPGA。
[0012]所述C⑶傳感器由感光區(qū)和存儲區(qū)構(gòu)成，感光區(qū)和存儲區(qū)都由1072HX1030V個像素組成；在感光區(qū)中，每個像素單元在垂直方向上可以看作是被四相柵極時鐘Al、A2、A3、A4覆蓋的相互連接的四個MOS電容器共同組成，它們作為感光區(qū)幀轉(zhuǎn)移控制時鐘；在1024個有效像素行的上面分別分布著6個黑行(Black Lines)，黑行其實(shí)就是被遮蔽的不參與光積分的像素行；在水平方向上，每行1072個像素中的有效像素(Active Pixels)為1024個，兩邊分布著2X20個黑像素(Black Pixels)和2X4個過渡像素(Overscan Pixels),黑像素與黑行一樣也是被遮蔽的像素單元，這些單元都不參加光積分，沒有光電荷包產(chǎn)生，其主要作用是對CCD的輸出視頻信號進(jìn)行預(yù)處理時起參考黑電平作用。過渡像素單元的作用主要是在有效像素單元與黑像素單元之間起過渡作用；在存儲區(qū)中，每個像素單元在垂直方向上可以看作是被四相柵極時鐘B1、B2、B3、B4覆蓋的相互連接的四個MOS電容器共同組成，它們作為存儲區(qū)行轉(zhuǎn)移時鐘。在存儲區(qū)水平方向上分布著兩個串行輸出移位寄存器(Output Register)，寄存器內(nèi)部并沒有感光單元，只有用來傳輸轉(zhuǎn)移感光電荷包的遮蔽的轉(zhuǎn)移單元，每個單元相當(dāng)于被三相時鐘Cl、C2、C3覆蓋，這些單元都和存儲區(qū)的像素單元相互銜接對應(yīng)。其主要作用是將輸出放大器連接到水平輸出移位寄存器上。
[0013]所述(XD圖像傳感器的工作時序可以分為巾貞轉(zhuǎn)移時序(Frame timing),行轉(zhuǎn)移時序(Line timing)和像素讀出時序(Pixel timing)。巾貞轉(zhuǎn)移時序指(XD將一巾貞圖像轉(zhuǎn)移輸出的時序，行轉(zhuǎn)移時序指一行像素在時鐘的驅(qū)動下完成從存儲區(qū)到水平移位寄存器轉(zhuǎn)移的時序，像素讀出時序指在一行像素在C時鐘驅(qū)動下從水平移位寄存器中逐位水平讀出的時序。所述CCD圖像傳感器的工作過程可分為兩個階段:感光階段和轉(zhuǎn)移階段。在感光階段，圖像傳感器感光陣列進(jìn)行電荷積累，存儲區(qū)進(jìn)行向水平移位寄存器的電荷轉(zhuǎn)移和水平移位寄存器向輸出放大器的電荷輸出；在轉(zhuǎn)移階段，圖像傳感器主要完成所積累的電荷由感光陣列向存儲區(qū)的轉(zhuǎn)移。
[0014]在感光階段，感光陣列在外界光源的照射下產(chǎn)生電荷，此階段幀轉(zhuǎn)移控制信號Al、A2、A3、A4不發(fā)生變化，感光區(qū)和存儲區(qū)之間為阻斷態(tài)，電荷不發(fā)生轉(zhuǎn)移；而存儲區(qū)在此階段處于行轉(zhuǎn)移狀態(tài)并將電荷進(jìn)行輸出，行轉(zhuǎn)移的過程分為行正程和行逆程兩個階段。在行逆程階段，SSC為高電平，存儲區(qū)內(nèi)各像素單元的電荷在行轉(zhuǎn)移信號B1、B2、B3、B4的控制下向水平移位寄存器方向下移一行，像素轉(zhuǎn)移信號C1、C2、C3不發(fā)生變化，圖像傳感器無像素電荷輸出。
[0015]在行正程階段，SSC為低電平，行轉(zhuǎn)移信號B1、B2、B3、B4不發(fā)生變化，水平移位寄存器中的像素電荷在像素轉(zhuǎn)移信號Cl、C2、C3的控制下逐次經(jīng)過輸出放大器輸出，每輸出一行信號后，進(jìn)行一次行轉(zhuǎn)移。
[0016]在轉(zhuǎn)移階段，幀轉(zhuǎn)移控制信號Al、A2、A3、A4與行轉(zhuǎn)移控制信號B1、B2、B3、B4同時作用，交疊變化，將感光區(qū)積累的電荷逐行轉(zhuǎn)移到存儲區(qū)，而在這段時問內(nèi)像素轉(zhuǎn)移信號C1、C2、C3不起作用，不向外輸出電荷。完成整個轉(zhuǎn)移階段后，又再次進(jìn)入感光階段，如此循環(huán)往復(fù)來保證圖像傳感器的工作。
[0017]最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)當(dāng)涵蓋本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)，包括控制器、高清相機(jī)和圖像數(shù)據(jù)傳輸卡，所述控制器通過用戶總線接口信號與高清相機(jī)連接，控制所述高清相機(jī)的工作模式，所述用戶總線接口信號包括EXSYNC、PRIN和BIN，其中: EXSYNC為觸發(fā)幀讀出信號，當(dāng)EXSYNC固定接低電平時，相機(jī)以最大幀速率輸出圖像數(shù)據(jù)；當(dāng)EXSYNC正負(fù)交替時，它的下降沿觸發(fā)幀讀出； PRIN為像元復(fù)位信號，在兩次EXSYNC有效之間復(fù)位像元，從而縮短有效曝光時間；PRIN低有效，在其上升沿開始有效曝光，如果PRIN固定接高電平，積分時間最大；如果PRIN被固定接低電平，高清相機(jī)收集不到任何圖像信息； BIN為像元合并信號，用于控制像元合并，BIN信號高有效； 所述高清相機(jī)通過數(shù)據(jù)總線接口與所述圖形采集卡連接，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡利用所述數(shù)據(jù)總線接口信號來實(shí)現(xiàn)對所述高清相機(jī)的控制及圖像數(shù)據(jù)的抓取操作，所述數(shù)據(jù)總線接 口包括 DATA 0?11、FVAL、LVAL 和 STROBE，其中: DATA (Tll共12位數(shù)據(jù)總線，DATA (Tll分別對應(yīng)某個像元灰度的12位圖像數(shù)據(jù)； FVAL為幀同步信號，F(xiàn)VAL高電平表明相機(jī)正輸出一幀有效數(shù)據(jù)； LVAL為行同步信號，當(dāng)FVAL為高電平時表明所述高清相機(jī)正輸出一個有效的像元行，在兩個有效行之間，LVAL會變低跳過幾個無效的像元，跳過的像元數(shù)取決于所述高清相機(jī)的型號和預(yù)觸發(fā)設(shè)定； STROBE是圖像數(shù)據(jù)的像元時鐘，其頻率與數(shù)據(jù)速率相同，即使數(shù)據(jù)無效，STROBE仍然連續(xù)交變，為了獲得有效的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡應(yīng)在FVAL和LVAL為高電平時，在STROBE的下降沿進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存； 其中，當(dāng)PRIN由低電平向高電平跳變時，相機(jī)開始曝光，達(dá)到設(shè)定的曝光時間后，EXSYNC信號變低，觸發(fā)幀讀出，此時所述高清相機(jī)首先進(jìn)行幀轉(zhuǎn)移，幀轉(zhuǎn)移一結(jié)束，輸出信號FVAL由低變高表示有效的數(shù)據(jù)幀開始，LVAL由低變高表示相機(jī)正輸出有效像元行，當(dāng)FVAL和LVAL再一次變低時，表示一幀數(shù)據(jù)輸出結(jié)束，可以開始第二次觸發(fā)幀讀出；第二次曝光可在第一次幀轉(zhuǎn)移結(jié)束后與第二次幀讀出啟動前這段時間進(jìn)行，曝光時間在一定范圍內(nèi)可調(diào)。
2.如權(quán)利要求1所述的使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)傳輸卡包括電荷耦合元件(CXD)傳感器、CXD驅(qū)動電路、CXD輸出保護(hù)電路、CXD偏壓電路、CXD信號預(yù)處理電路和FPGA ;其中，所述CCD傳感器接收所述高清相機(jī)的成像，CCD偏壓電路為CXD傳感器提供必需的偏置電壓，可編程邏輯器件FPGA產(chǎn)生的時序脈沖經(jīng)過CXD驅(qū)動電路對CCD進(jìn)行控制采集，CCD輸出保護(hù)電路可對CCD進(jìn)行有效地防護(hù)保護(hù)，CCD信號預(yù)處理電路對CCD輸出的帶噪模擬信號進(jìn)行處理后提供給FPGA。
3.如權(quán)利要求1或2所述的使用高清相機(jī)的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述CCD傳感器由感光區(qū)和存儲區(qū)構(gòu)成。
【文檔編號】H04N7/015GK103957390SQ201410219782
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】陳剛 申請人:江蘇友上科技實(shí)業(yè)有限公司