專利名稱：高速圖像采集和處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種圖像處理裝置及方法，尤其涉及一種高速圖像采集和處理裝置。
背景技術(shù)：
機器視覺在高速、實時特征文字和特征符號識別領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)有的嵌入式機器視覺系統(tǒng)一般由一個圖像傳感器和一個處理器組成。處理器用來采集和處理圖像傳感器生成的圖像。有的系統(tǒng)可以由多個圖像傳感器和一個處理器組成。處理器可以有選擇地選擇其中來自某個圖像傳感器的圖像進行處理。在高速圖像采集和處理系統(tǒng)中，圖像傳感器的速度非?？欤ǔＲ粋€處理器無法完成實時圖像處理?，F(xiàn)有的做法是，先把圖像存儲在內(nèi)存中，然后以相對比較慢的速度把圖像送給處理器進行處理。這種做法的最大缺點是，系統(tǒng)無法進行實時處理，導(dǎo)致在某些對時間要求苛刻的應(yīng)用場合，系統(tǒng)不能達到需要的技術(shù)指標。中國專利200810056124. 6提出了多個傳感器和多個處理器的系統(tǒng)架構(gòu)，其優(yōu)點是系統(tǒng)處理能力強，可以并行處理多個圖像源的圖像。但其缺點是由于使用了多個傳感器，需要配備多個光學(xué)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。在視頻和圖像處理領(lǐng)域，一些專利申請?zhí)岢隽藞D像分割的概念。中國專利200610052661. 4提出了將圖像沿水平或垂直方向分割成多塊，或分割成田字型的四塊的方法。由于需要用到運動估計的算法，每個圖像塊的處理都需要用到相鄰圖像塊的信息。中國專利200710097644. 7也提出了圖像分割的概念以及光柵掃描或行掃描的算法。它提出的圖像處理算法也需要用到運動估計，因此需要用到相鄰或之前的圖像塊的信息。這兩個專利的算法使得處理器之間具有一定的耦合性，因此算法比較復(fù)雜，而且行掃描的方式并不能大幅提聞并行處理的效率。中國專利200710182320. 3提出了全景圖像合成的算法。其原理是先采集多幅有重疊區(qū)域的圖像，然后根據(jù)圖像的相似程度找到重疊區(qū)域，最后進行合并。由于事先并不知道重疊的區(qū)域有多大，所以這種算法需要大量的運算。上述的這些方法各有其優(yōu)點，雖可以解決圖像和視頻處理領(lǐng)域中某些特定的應(yīng)用中的一些問題。但是對于高速、實時特征文字和符號識別領(lǐng)域的應(yīng)用，這些方法有明顯的缺點，如算法復(fù)雜、效率低、成本高等

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種算法簡單、高效而且成本低的圖像采集和處理裝置，包括圖像處理的硬件結(jié)構(gòu)、圖像分割方法、圖像處理算法和圖像合成方法。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種高速圖像采集和處理裝置，它包括圖像傳感器，圖像傳感器與圖像傳感器控制電路連接，圖像傳感器與圖像采集和分割模塊連接，圖像采集和分割模塊則與接口電路連接，接口電路與計算機連接；圖像傳感器控制電路還分別與圖像采集和分割模塊及接口電路連接。一種高速圖像采集和處理裝置，它包括圖像傳感器，圖像傳感器與圖像傳感器控制電路連接，圖像傳感器與圖像采集和分割模塊連接，圖像采集和分割模塊則與接口電路連接，接口電路與多臺計算機連接，接口電路還與圖像傳感器控制電路連接。所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器或CXD圖像傳感器。所述圖像傳感器為的分辨率大于50萬像素，速度達到至少100幀每秒的面陣圖像傳感器。所述圖像傳感器為分辨率大于4000個像素，速度達到至少6000行每秒的線陣圖
像傳感器。 所述圖像傳感器控制電路提供傳感器工作所需要的時序信號，用于對圖像傳感器的增益、速度參數(shù)進行設(shè)置。所述圖像采集和分割模塊把圖像傳感器生成的圖像按列分割成多個圖像區(qū)域，相鄰區(qū)域之間設(shè)有共享的區(qū)域，再把分割后的多個區(qū)域的圖像分別發(fā)送給接口電路。所述接口電路可以包含千兆以太網(wǎng)接口。所述接口電路可以包含CameraLink標準接口。所述計算機把接口電路輸出的圖像合并成完整的圖像。一種高速圖像采集和處理裝置的圖像處理方法，I)圖像采集；2)對圖像進行分割按照像素列進行圖像分割；并在分割時在相鄰兩分割圖像間建立一個共享區(qū)域，共享區(qū)域的圖像既屬于其左邊相鄰的區(qū)域，也屬于右邊相鄰的區(qū)域；3)計算機根據(jù)所需的工作，對接收到的各個分割后圖像進行單獨的分析處理，根據(jù)分析處理結(jié)果判斷圖像是否符合要求或者將結(jié)果輸出；4)處理完成后，計算機根據(jù)需要，將各分割后的圖像分別壓縮后保存；或?qū)⒏鞣指詈蟮膱D像壓縮后合并為一幅圖像保存；或?qū)⒏鞣指詈髨D像合并后壓縮保存；或直接將各分割圖像保存。一種高速圖像采集和處理裝置的圖像處理方法，I)圖像采集；2)對圖像進行分割按照像素列進行圖像分割；并在分割時在相鄰兩分割圖像間建立一個共享區(qū)域，共享區(qū)域的圖像既屬于其左邊相鄰的區(qū)域，也屬于右邊相鄰的區(qū)域；3)各計算機根據(jù)所需的工作，對接收到的各個分割后圖像進行分析處理，根據(jù)分析處理結(jié)果判斷圖像是否符合要求或者將結(jié)果輸出；4)處理完成后，計算機根據(jù)需要，將各分割后的圖像分別壓縮后保存；或?qū)⒏鞣指詈蟮膱D像壓縮后合并為一幅圖像保存；或?qū)⒏鞣指詈髨D像合并后壓縮保存；或直接將各分割圖像保存。在對圖像進行分割時，如將圖像分割為兩部分，則以原始圖像的水平方向的分辨率為W,將原始圖像分為兩個部分；相鄰兩分割圖像的水平方向分辨率為X和y ;兩部分的共享區(qū)域或者重疊區(qū)域的寬度為d ;分割后的圖像與分割前的圖像在分辨率上的關(guān)系為w=x+y-d ;如果 X = y,貝Ij w = 2x_d。在對圖像進行分割時，如將圖像分割為三部分以上，則以原始圖像的水平方向的
分辨率為W，將原始圖像分為n個部分；分割后圖像的水平方向分辨率分別為Xl、X2.....
Xn ;共享區(qū)域或者重疊區(qū)域的寬度分別為dpdy. . . Cllri ;分割后的圖像與分割前的圖像在分
nn-\
辨率上的關(guān)系為W = ^Zjx1 ~^Zjdr ;如果 X1 = X2 = = Xn, (I1 = d2 = . . . = dm,則 W =
i=l i=l
nx- (n-1)d0所述各子處理器都有相應(yīng)的存儲器用于緩存圖像數(shù)據(jù)以及圖像處理過程中所需要的數(shù)據(jù)；圖像處理的算法包括圖像預(yù)處理和圖像后處理兩個階段；其中圖像預(yù)處理包括濾波和二值化圖像處理算法；子處理器對預(yù)處理之后的圖像進行圖像后處理；圖像后處理包含光學(xué)字符識別OCR、條碼識別或者特征匹配；其中光學(xué)字符識別用于車牌識別、標簽識別領(lǐng)域；條碼識別用于識別一維和二維條碼；特征匹配包括形狀匹配、顏色匹配和預(yù)定義模式匹配，用于印刷質(zhì)量檢測領(lǐng)域。本實用新型的裝置主要由一個圖像傳感器、一個圖像傳感器控制電路、一個圖像采集和分割模塊和一個或多個計算機組成，如圖1、2所示。圖像傳感器用來把目標物體的光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號，并且可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號?？梢允莾删S(面陣)的圖像傳感器，也可以是一維(線陣)的圖像傳感器。可以是CMOS圖像傳感器，也可以是CCD圖像傳感器。如果圖像傳感器本身不包含模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，可以在圖像傳感器之后加一級模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。本申請所述圖像傳感器尤指分辨率大于50萬像素，速度可以達到至少100幀每秒的面陣圖像傳感器和分辨率大于4000個像素，速度可以達到至少6000行每秒的線陣圖像傳感器。圖像傳感器控制電路提供傳感器工作所需要的時序信號，用于對圖像傳感器的增益、速度等參數(shù)進行設(shè)置。圖像采集和分割把圖像傳感器生成的圖像按列分割成多個圖像區(qū)域，相鄰區(qū)域之間可以有共享的區(qū)域。再把分割后的多個區(qū)域的圖像分別發(fā)送給相應(yīng)計算機進行并行處理。這樣系統(tǒng)可以在更短的時間內(nèi)完成圖像處理。計算機為了解決處理器處理能力有限的問題，本系統(tǒng)采用一臺或多臺計算機。各個計算機可以獨立地并行處理圖像。用于處理來自圖像采集模塊輸出的分割后的相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。各處理器可以輸出處理結(jié)果，也可以輸出原始的或處理后的圖像。各計算機之間也可以互相通訊。計算機可以把各個處理器模塊的圖像處理的輸出結(jié)構(gòu)進行統(tǒng)一處理?？蛇x的，計算機可以把各個處理器模塊輸出的圖像合并成完整的圖像。接口電路的引入，可以把采集和分割后的圖像以高速的形式傳送給一臺或者幾臺計算機進行處理。尤其是，采用標準的千兆以太網(wǎng)或者CameraLink高速接口，可以將圖像傳送至距離更遠的計算機。本實用新型的工作流程可以分為圖像采集、圖像分割、圖像處理和結(jié)果輸出四個階段。[0043]圖像分割原理由于圖像傳感器像素的傳輸是按照行的方式進行的，而且列寬通常大于行寬，所以本專利提出了按照像素列進行圖像分割的算法。為了使得相鄰圖像區(qū)域交界處的物體的圖像能夠保持完整，可以定義一個共享區(qū)域。共享區(qū)域的圖像既屬于左邊的區(qū)域，也屬于右邊的區(qū)域。這樣可以保證圖像中的目標物可以被正確和完整的識別。圖像分割的基本思想如下。如圖3所示，原始圖像的水平方向的分辨率為W。將原始圖像分為左右兩部分，左面的水平方向分辨率為X ;右邊水平方向分辨率為y。兩部分的 共享區(qū)域或者重疊區(qū)域的寬度為d。分割后的圖像與分割前的圖像在分辨率上的關(guān)系為w=x+y-d ;如果 X = y,貝Ij w = 2x_d?；陬愃频乃枷耄梢园岩环鶊D像分割成三個或者更多的子圖像。每個子圖像分別發(fā)送給一個處理器進行圖像處理。分割的子圖像越多，則系統(tǒng)圖像處理的速度越快，實時性越好。對于線陣圖像傳感器，其圖像的數(shù)據(jù)也是按照行的方式進行傳輸?shù)模缓罄鄯e成兩維圖像，所以可以采用一樣的圖像分割方法。圖像合成原理系統(tǒng)可以把分割后的子圖像或者分割后的經(jīng)過圖像處理的子圖像合并成一個與原始圖像分辨率一樣或者接近的圖像。由于在圖像分割過程中，系統(tǒng)已經(jīng)知道具體的分割數(shù)據(jù)，如原始圖像的列寬、子圖像數(shù)量以及子圖像的位置和列寬等，所以可以按照這些已知數(shù)據(jù)進行合并而不需要先進行圖像相似度和位移等復(fù)雜的計算。圖像處理算法系統(tǒng)把分割后的子圖像數(shù)據(jù)分別發(fā)送給相應(yīng)計算機用于圖像處理。每個計算機都有相應(yīng)的存儲器用于緩存圖像數(shù)據(jù)以及圖像處理過程中所需要的數(shù)據(jù)。圖像處理的算法包括圖像預(yù)處理和圖像后處理兩個階段。圖像預(yù)處理可以包括濾波和二值化等常用圖像處理算法。計算機可以對預(yù)處理之后的圖像進行圖像后處理。圖像后處理可以包含光學(xué)字符識別(OCR)、條碼識別或者特征匹配。其中光學(xué)字符識別可用于車牌識別、標簽識別等領(lǐng)域；條碼識別用于識別一維和二維條碼；特征匹配包括形狀匹配、顏色匹配和預(yù)定義模式匹配，可用于印刷質(zhì)量檢測等領(lǐng)域。計算機對處理后的分割圖像進行壓縮?；蛘邔喜⒑蟮膱D像進行壓縮。上述圖像壓縮主要是為滿足存儲和傳輸?shù)男枰?。本實用新型的有益效果是采用高速圖像傳感器和計算機以及圖像分割和合成算法，可以應(yīng)用在高速實時檢測應(yīng)用領(lǐng)域。本系統(tǒng)采用圖像分割算法，把原始圖像分割成幾個子圖像，每臺計算機處理其中一個子圖像，這樣多臺計算機可以并行處理。由于子圖像之間的處理沒有耦合性，因此提高了系統(tǒng)的處理速度，并使得系統(tǒng)的處理效率得以大幅提升，達到實時處理的效果。分割后的相鄰子圖像具有一定的重疊區(qū)域，這樣可以保證每個子圖像包含完整的被檢測信息，所以可以避免漏檢情況的發(fā)生。這樣就保證了目標物體識別的正確率和完整性。為了得到原始圖像分辨率的圖像，可以把分割后的子圖像或者處理后的子圖像重新合并。由于系統(tǒng)知道子圖像的尺寸及其在原始圖像中的位置，所以可以很方便的進行合并，而不需要復(fù)雜的算法。計算機可對圖像進行壓縮，便于傳輸和存儲。因為壓縮后，數(shù)據(jù)量小了很多，對傳輸?shù)膸捯蠼档土?；而且需要更少的存儲空間用來存儲圖像數(shù)，節(jié)省了存儲空間。與多圖像傳感器的系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的安裝和使用更加方便，工作效率更高。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖像分割示意圖；圖4為車牌圖像分割示意；圖5為車牌圖像按像素分割示意圖；圖6為面陣圖像傳感器像素分布示意圖；圖7為條碼圖像分割圖；圖8為印刷品圖像分割圖；圖9為線陣圖像傳感器像素分布示意圖；圖10、圖11為本實用新型的流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。實施例I :—種高速圖像采集和處理裝置，它包括圖像傳感器，圖像傳感器與圖像傳感器控制電路連接，圖像傳感器與圖像采集和分割模塊連接，圖像采集和分割模塊則與接口電路連接，接口電路與計算機連接；圖像傳感器控制電路還分別與圖像采集和分割模塊及接口電路連接。所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器或CXD圖像傳感器。所述圖像傳感器為的分辨率大于50萬像素，速度達到至少100幀每秒的面陣圖像傳感器。所述圖像傳感器為分辨率大于4000個像素，速度達到至少6000行每秒的線陣圖
像傳感器。所述圖像傳感器控制電路提供傳感器工作所需要的時序信號，用于對圖像傳感器的增益、速度參數(shù)進行設(shè)置。所述圖像采集和分割模塊把圖像傳感器生成的圖像按列分割成多個圖像區(qū)域，相鄰區(qū)域之間設(shè)有共享的區(qū)域，再把分割后的多個區(qū)域的圖像分別發(fā)送給接口電路。所述接口電路可以包含千兆以太網(wǎng)接口。所述接口電路可以包含CameraLink標準接口。 所述計算機把接口電路輸出的圖像合并成完整的圖像。實施例2 一種高速圖像采集和處理裝置，它包括圖像傳感器，圖像傳感器與圖像傳感器控制電路連接，圖像傳感器與圖像采集和分割模塊連接，圖像采集和分割模塊則與接口電路連接，接口電路與多臺計算機連接，接口電路還與圖像傳感器控制連接。所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器或CXD圖像傳感器。所述圖像傳感器為的分辨率大于50萬像素，速度達到至少100幀每秒的面陣圖像傳感器。所述圖像傳感器為分辨率大于4000個像素，速度達到至少6000行每秒的線陣圖
像傳感器。所述圖像傳感器控制電路提供傳感器工作所需要的時序信號，用于對圖像傳感器的增益、速度參數(shù)進行設(shè)置。所述圖像采集和分割模塊把圖像傳感器生成的圖像按列分割成多個圖像區(qū)域，相 鄰區(qū)域之間設(shè)有共享的區(qū)域，再把分割后的多個區(qū)域的圖像分別發(fā)送給接口電路。所述接口電路可以包含千兆以太網(wǎng)接口。所述接口電路可以包含CameraLink標準接口。所述計算機把接口電路輸出的圖像合并成完整的圖像。實施例3 在用于雙車道車牌識別中在高性能車輛實時監(jiān)控系統(tǒng)中，基于高速成像的技術(shù)應(yīng)用越來越普遍。對于雙車道的監(jiān)控，可以采用單圖像傳感器系統(tǒng)實現(xiàn)。為了實現(xiàn)大量的圖像數(shù)據(jù)的實時處理，用兩個計算機分別處理左右車道的圖像信息。圖像采集模塊把圖像分割成兩部分，每部分分別覆蓋一個車道。其中，兩部分都包含兩車道交界的部分。然后把左右車道的圖像分別傳送給兩個處理器。這樣，可以避免當(dāng)車輛跨車道行駛時給車牌識別帶來的困難。如圖4所示，跨線行駛車輛的車牌的位置正好位于原始圖像的中間，如果只是簡單的把圖像從正中間進行分割，則車牌會被截斷，并被分到兩幅圖像中去。如果按照圖5的方法進行分割，就可以解決這個問題。如圖5所示，原始圖像的分辨率為2000x1024，即有1024行和2000列?？梢园褕D像分割成兩個子圖像，每個圖像的列寬都是1280個像素，行數(shù)不變，即分割后的兩個圖像的分辨率分別是1280x1024。這樣，原始圖像中間的560列既屬于分割后的左邊的子圖像，也屬于右邊的子圖像。分割后的兩個子圖像分別發(fā)送給兩個計算機進行圖像處理。實施例4 在三車道車牌識別中與實施例I類似，在車牌識別的應(yīng)用中，也可以把這種圖像分割成3部分。如圖6所示。然后把分割后的子圖像(圖像區(qū)域1、2和3)分別發(fā)送給三個計算機進行圖像處理。因此大大縮短了圖像處理的時間，提高了系統(tǒng)的性能。實施例5 在條碼識別中如圖7所示，所拍攝的條碼的圖像位于原始圖像偏左的地方。如果從圖像正中間分割，則條碼會被分割成兩部分，不能完全解碼。按照圖中所示的區(qū)域進行分割，左邊的子圖像包含了完整的條碼信息?？梢赃M行完整的解碼，同時由于子圖像的尺寸遠小于原始圖像，所以條碼解碼速度可以提高很多。[0102]實施例6 在標簽印刷質(zhì)量檢測中在標簽印刷行業(yè)中，標簽的質(zhì)量要求非常嚴格，不能出現(xiàn)污點、筆畫多墨或者少墨等情況。否則，質(zhì)量問題會給廠家?guī)砭薮蟮膿p失。目前高速印刷機的應(yīng)用非常廣泛，采用人工方式進行印刷質(zhì)量檢測的效率很低，而且檢測員的人為因素可能造成誤檢。采用高速基于高速照相技術(shù)的在線檢測系統(tǒng)可以極大地提高生產(chǎn)效率和檢測正確率。采用圖像分割和并行處理技術(shù)，可以進一步提高檢測效率。如圖8所示，采集到的標簽圖像可以分割成左右兩幅子圖像。兩幅子圖像分別送給兩個處理器進行圖像處理。只要任何一個子圖像中發(fā)現(xiàn)有印刷質(zhì)量問題，則標簽為不合格產(chǎn)品。設(shè)置一部分重疊區(qū)域，可以防止由于圖像分割造成的漏檢情況的發(fā)生。實施例7 在基于線陣成像器件的系統(tǒng)中 線陣成像技術(shù)通常可以實現(xiàn)更高的圖像分辨率。本專利的技術(shù)同樣可以應(yīng)用在線陣成像系統(tǒng)中。線陣成像系統(tǒng)的兩維圖像是通過累積線陣圖像來完成的。如圖9所示，在采集線陣圖像的同時，就可以把圖像數(shù)據(jù)沿著列的方向進行分割。然后把圖像分別發(fā)送給不同的計算機進行處理。后續(xù)的處理方式和面陣成像系統(tǒng)中的一樣。
權(quán)利要求1.一種高速圖像采集和處理裝置，其特征是，它包括圖像傳感器，圖像傳感器與圖像傳感器控制電路連接，圖像傳感器與圖像采集和分割模塊連接，圖像采集和分割模塊則與接口電路連接，接口電路與計算機連接；圖像傳感器控制電路還分別與圖像采集和分割模塊及接口電路連接。
2.一種高速圖像采集和處理裝置，其特征是，它包括圖像傳感器，圖像傳感器與圖像傳感器控制電路連接，圖像傳感器與圖像采集和分割模塊連接，圖像采集和分割模塊則與接口電路連接，接口電路與多臺計算機連接，接口電路還與圖像傳感器控制電路連接。
3.如權(quán)利要求I或2所述的高速圖像采集和處理裝置，其特征是，所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器或CXD圖像傳感器。
4.如權(quán)利要求3所述的高速圖像采集和處理裝置，其特征是，所述圖像傳感器為的分辨率大于50萬像素，速度達到至少100幀每秒的面陣圖像傳感器。
5.如權(quán)利要求3高速圖像采集和處理裝置，其特征是，所述圖像傳感器為分辨率大于4000個像素，速度達到至少6000行每秒的線陣圖像傳感器。
6.如權(quán)利要求I或2所述的高速圖像采集和處理裝置，其特征是，所述圖像采集和分割模塊把圖像傳感器生成的圖像按列分割成多個圖像區(qū)域，相鄰區(qū)域之間設(shè)有共享的區(qū)域，再把分割后的多個區(qū)域的圖像分別發(fā)送給接口電路。
7.如權(quán)利要求I或2所述的高速圖像采集和處理裝置，其特征是，所述接口電路為千兆以太網(wǎng)接口或CameraLink標準接口。
專利摘要本實用新型涉及一種算法簡單、高效而且成本低的高速圖像采集和處理裝置，包括圖像處理的硬件結(jié)構(gòu)、圖像分割方法、圖像處理算法和圖像合成方法。它包括圖像傳感器，圖像傳感器與圖像傳感器控制電路連接，圖像傳感器與圖像采集和分割模塊連接，圖像采集和分割模塊則與接口電路連接，接口電路與計算機連接；圖像傳感器控制電路還分別與圖像采集和分割模塊及接口電路連接。與多圖像傳感器的系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的安裝和使用更加方便，而且成本也更低。
文檔編號G06T1/00GK202495094SQ20112041307
公開日2012年10月17日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
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