一种用户可定制相机及其通用相机系统的制作方法
【专利摘要】一种用户可定制相机及其通用相机系统，该用户可定制相机包括相机外壳、通用相机系统和镜头，所述通过相机系统安装在所述相机外壳内，所述镜头安装在所述相机外壳上，所述镜头与所述通用相机系统连接，该通用相机系统包括：图像传感器模块，用于接收外界同时输入的多路图像数据并生成图像数据信号，所述多路图像数据包括可见光图像源、微光图像源和/或红外热图像源；通用处理器模块，与所述图像传感器模块连接，用于采集所述图像传感器模块生成的图像数据信号并对所述图像数据信号进行处理；以及接口通用模块，与所述通用处理器模块连接，采用可编程逻辑器件FPGA配置，用于满足对各种外设接口的需求。
【专利说明】一种用户可定制相机及其通用相机系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种视频图像系统，特别是一种用户可定制相机及其通用相机系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体技术的飞速发展，各种高性能的图像传感器层出不穷，鉴于全球安防监控中工业监控行业的巨大市场需求，各大相机厂商都纷纷推出各种功能定位和产品形态的相机系统，以此来满足客户各式各样的需求。目前市面上主流的相机系统，按照图像传感器的类型划分有CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体)型相机系统,CO)(Charge Coupled Device电荷稱合器件)型相机系统，以及红外热像中用到的短波中波长波红外传感器系统等；按照相机输出接口形式划分有SDI (串行数字接口)数字相机，网络IPC相机等；按照相机外观结构划分有枪型摄像机，球型摄像机，筒形摄像机等；相机系统各式各样，种类繁多不胜枚举。各大相机厂商需要设计出各种功能和形态的相机系统来满足不同客户的不同需求，尽管如此，也难以覆盖不同客户群体的个性化需求。
[0003]目前常见的相机系统主要存在如下几方面的问题:
[0004]I)硬件平台固定，往往在产品定性后其功能就定死，无法满足硬件的二次开发，遇到更复杂的图像处理任务时，需要重新设计处理器硬件平台；
[0005]2)相机成像波段固定、单一，往往是可见光、微光、红外或紫外相机中的一种，无法兼容各种波段图像源的并行采集；
[0006]3)相机外设接口种类有限，往往一款相机产品的对外输入输出接口十分有限，当用户遇到新的接口需求时需要重新改变相机硬件平台。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种能满足多种需求的用户可定制相机及其通用相机系统，以解决现有技术中存在的上述问题。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了一种用户可定制相机的通用相机系统，其中，包括:
[0009]多个图像传感器模块，用于分别接收多个不同相机镜头同时输入的多路图像数据并分别生成对应的图像数据信号，所述多路图像数据包括可见光图像源、微光图像源和/或红外热图像源；
[0010]通用处理器模块，分别与所述多个图像传感器模块连接，用于采集所述多个图像传感器模块各自生成的图像数据信号并对所述图像数据信号进行处理；以及
[0011]接口通用模块，与所述通用处理器模块连接，采用可编程逻辑器件FPGA配置，用于满足对各种外设模块的需求。所述接口通用模块优选通过两路485通信模块与所述FPGA处理器单元连接。
[0012]上述的通用相机系统，其中，所述通用处理器模块包括:
[0013]FPGA处理器单元，通过多个数据接口与所述图像传感器模块连接，用于对所述图像数据信号的预处理，实现所述图像数据信号的缓存与再分配；
[0014]主处理器单元，与所述FPGA处理器单元连接，用于接收FPGA处理器单元传输过来的图像数据信号，并对所述图像数据信号进行处理，同时用于对各种外设的控制，所述主处理器单元上设置有多个外设接口，用于满足多种外设需求。
[0015]上述的通用相机系统，其中，所述主处理器单元为DSP处理器、ARM处理器或FPGA处理器。
[0016]上述的通用相机系统，其中，所述接口通用模块通过两路485通信模块与所述FPGA处理器单元连接。
[0017]上述的通用相机系统，其中，所述多路图像数据包括CXD型、CMOS型和标准图像型，所述FPGA处理器单元的多个数据接口包括CXD数据接口、CM0S数据接口和标准图像数据接口。
[0018]上述的通用相机系统，其中，所述CXD数据接口通过前置放大电路和ADC模拟数字转换器与所述FPGA处理器单元连接，所述CMOS数据接口与所述FPGA处理器单元直接连接，所述标准图像数据接口通过ASIC芯片与所述FPGA处理器单元连接。
[0019]上述的通用相机系统，其中，所述接口通用模块上设置有音频接口、RJ45接口、视频显示口、以太网口、光网络口、多路步进电机控制口、红外灯激光灯控制口、风扇控制电路接口、制冷控制电路接口、制热控制电路接口和/或RS485接口。
[0020]上述的通用相机系统，其中，所述图像传感器模块、通用处理器模块和所述接口通用模块为同样尺寸，所述图像传感器模块、通用处理器模块和所述接口通用模块之间为线缆连接，以实现各模块之间的柔性互连，方便组装成枪机相机或球机相机。
[0021]上述的通用相机系统，其中，还包括:
[0022]个性化定制模块，与所述主处理器单元连接，该模块为可选模块，当任务需要功能和处理性能更加强大的处理器时，用于扩展主处理的处理能力，在通用处理器模块上预留了与所述个性化定制模块的通信接口，所述个性化定制模块可由用户根据扩展功能的需要自己设置。
[0023]为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种用户可定制相机，包括相机外壳、通用相机系统和镜头，所述通过相机系统安装在所述相机外壳内，所述镜头安装在所述相机外壳上，所述镜头与所述通用相机系统连接，其中，所述通用相机系统为上述的通用相机系统。
[0024]本发明的技术效果在于:
[0025]本发明可根据不同客户需求来定制不同功能的硬件平台，实现了硬件接口通用化，既可以快速搭建相机硬件平台，供软件人员完成个性化的软件调试，缩短产品开发周期；也可以由相机用户直接应用。
[0026]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明一实施例的通用相机系统结构框图；
[0028]图2为本发明一实施例的通用处理器模块结构框图；
[0029]图3为本发明一实施例的接口通用模块结构框图。
[0030]其中，附图标记
[0031]10镜头
[0032]20图像传感器模块
[0033]30通用处理器模块
[0034]301前置放大电路模块
[0035]302ADC模拟数字变换模块
[0036]303DDR = Double Data Rate双倍速率同步动态随机存储器
[0037]304ASIC 芯片
[0038]305485通信模块
[0039]306FPGA处理器单元
[0040]307个性化定制模块接口
[0041]308主处理器单元
[0042]309外设接口模块
[0043]310CCD 数据接口
[0044]311CMOS 数据接口
[0045]312标准图像数据接口
[0046]40接口通用模块
[0047]41FPGA 模块
[0048]44外设模块
[0049]45对外扩展口
[0050]50个性化定制模块
【具体实施方式】
[0051]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
[0052]本发明的用户可定制相机，包括相机外壳、通用相机系统和镜头10，所述通过相机系统安装在所述相机外壳内，所述镜头10安装在所述相机外壳上，所述镜头10与所述通用相机系统连接，因该相机其他部分的组成、结构、相互位置关系及连接关系以及功用等均为较成熟的现有技术，故在此不作赘述，下面仅对本发明的通用相机系统予以详细说明。
[0053]参见图1，图1为本发明一实施例的通用相机系统结构框图(图示为三路输入，但不以此为限)。本发明的通用相机系统，包括:
[0054]多个图像传感器模块20，用于分别接收多个不同相机镜头10收集的光线，并分别生成对应的图像数据信号，完成前端图像生成，所述多个图像传感器模块20可以分别是各种波段的传感器类型。因此其分别所生成的图像种类可以多种多样，主要包括可见光图像源、微光图像源和/或红外热图像源，多个图像传感器模块20根据各自所采用的传感器芯片的不同，其接口形式可以各种各样，但是主要有两种类型:一种是CCD型，输出数据为模拟信号，需要经过模拟-数字转换；一种为CMOS型，输出数据为数字信号，不需要经过转换，直接输出数字信号。
[0055]通用处理器模块30，分别与所述多个图像传感器模块20连接，用于采集所述多个图像传感器模块20各自生成的图像数据信号并对所述图像数据信号进行处理，能适应各种图像采集模块接口，包括数字或者模拟输入接口，以及符合行业规范的各种标准图像格式。
[0056]接口通用模块40，与所述通用处理器模块30连接，采用可编程逻辑器件FPGA模块41配置，用于满足对各种外设模块44的需求，用户可以根据应用需求来选择性的配置硬件模块。参见图3，图3为本发明一实施例的接口通用模块40结构框图。所述接口通用模块40上可根据需要设置相机系统中常用接口，例如音频接口、RJ45接口、串口、视频显示口、以太网口、光网络口、多路步进电机控制口、红外灯激光灯控制口、风扇控制电路接口、制冷控制电路接口、制热控制电路接口和/或RS485接口。其中，所述FPGA模块41完成用户所需各种时序逻辑生成。可编程逻辑器件FPGA内部具备丰富的IP核，用户可以根据需要直接调用，或者用户自己采用FPGA芯片开发工具自己开发所需的控制时序，完成外设的控制，十分灵活方便。
[0057]特别的，所述接口通用模块40还可设置一个对外扩展口 45，直接与FPGA模块41连接，对外扩展口 45可以实现更多更复杂的外设控制。因为可编程逻辑器件FPGA可以根据用户需要开发成各种功能的控制器，比专用ASIC芯片具有更强的通用性，对外扩展口 45直接从FPGA芯片管脚连接到对外扩展的连接器，当用户需要再增添其他外设时可以连接到45模块进行开发控制。
[0058]参见图2，图2为本发明一实施例的通用处理器模块30结构框图。本实施例中，所述通用处理器模块30是整个通用相机系统的核心，所述通用处理器模块30包括:
[0059]FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)处理器单兀 306,通过多个数据接口分别与所述多个图像传感器模块20连接，所述多个图像传感器模块20可以是各种类型的图像传感器，例如可见光图像源、微光图像源和/或红外热图像源，本发明对此不做限定。本实施例中，该通用处理器模块30最大可支持六路图像通道同时采集输入，支持三种图像格式，每种格式支持两路输入，一共六路。FPGA模块306用于对所述图像数据信号的预处理，实现所述图像数据信号的缓存与再分配；其中，所述多路图像数据包括CXD型、CMOS型和标准图像型，所述FPGA处理器单元306的多个数据接口包括CXD数据接口 310、CMOS数据接口 311和标准图像数据接口 312。本实施例中，所述C⑶数据接口 310通过前置放大电路和ADC模拟数字转换器与所述FPGA处理器单元306连接，所述CMOS数据接口 311与所述FPGA处理器单元306直接连接，所述标准图像数据接口 312通过ASIC芯片304与所述FPGA处理器单元306连接。
[0060]主处理器单元308，与所述FPGA处理器单元306连接，用于接收FPGA模块传输过来的图像数据，并对图像数据进行处理，主处理器同时负责各种外设的控制，所述主处理器单元308上设置有多个外设接口，用于满足多种外设需求。其中，所述主处理器单元308 优选为 DSP (digital signal processing 数字信号处理)处理器、ARM (Advanced RISCMachines)处理器或FPGA处理器。为了适应不同用户的不同需求，可根据用户具体需求来定制硬件平台，例如FPGA+FPGA模式、FPGA+DSP模式、FPGA+ARM模式等，不同的模式采用同样的对外接口，因此不存在与其他板卡的连接问题。每种平台根据处理器的不同，各自具备不同的优势特点:
[0061]FPGA处理器因其并行处理能力和灵活的时序配置能力是一种通用化设计方案的理想选择；DSP处理器适合于实现复杂的算法功能。ARM处理器可以运行各种嵌入式操作系统，适合于各种外设控制和多媒体应用等。所述主处理器单元308具备多个外设接口模块309，如图2所示。
[0062]所述通用处理器模块30中数据传输路径为:前端图像传感器模块20输出图像数据信号到所述通用处理器模块30的输入接口模块，分别为CCD数据接口 310、CMOS数据接口 311和标准图像数据接口 312。针对多路视频输入需求，所述通用处理器模块30的CXD数据接口 310、CMOS数据接口 311和标准图像数据接口 312均采用双通道输入。
[0063]CXD型图像源一般为模拟视频信号，所述CXD数据接口 310提供图像信号差分对输入、单端输入和行场同步信号输入等模式。所述CCD数据接口 310输入的模拟信号首先经过前置放大电路模块301的缓冲，然后传输给ADC模拟数字变换模块302，所述ADC模拟数字变换模块302优选采用14bit (位)转换精度的转换器，能够满足一般情况下的相机系统对量化精度的要求。经过ADC模拟数字变换模块302的转换输出14bit位宽的数字信号，传输到FPGA处理器单元306，一般ADC模拟数字变换模块302需要通过SPI (SerialPeripheral interface 串行外设接口 )或者 I2C(Inter — Integrated Circuit 两线式串行总线)口配置，所述FPGA处理器单元306可以灵活实现该功能。
[0064]CMOS型图像源一般为数字视频信号，无需所述CXD型图像源的前置放大电路模块301和ADC模拟数字变换模块302，所述CMOS数据接口 311输入数字信号直接输出到FPGA处理器单元306。
[0065]标准图像数据接口 312输入信号一般为满足行业规范的模拟信号，可采用专用的ASIC (Applicat1n Specific Integrated Circuit 专用集成电路)芯片 304 实现视频的提取和ADC数字模拟转换。标准视频源经过专用ASIC芯片304的处理输出到FPGA处理器单元 306。
[0066]所述FPGA处理器单元306在该通用处理器模块30中起到多路图像数据、控制数据的缓存和再分配作用。利用FPGA处理器的并行执行特性来控制各式各样图像源的输入，是一个高灵活度高性价比的方案。进一步的，所述FPGA处理器单元306还可完成输入图像数据的预处理，例如彩色图像的色彩恢复、直方图均衡化及伽马校正等处理，可分担部分主处理器单元308的任务。
[0067]为了满足不同的外设需求，在所述FPGA处理器单元306设置了两路485通信模块305，该两路485通信模块305分别与接口通用模块40中的FPGA模块41相连，可实现更多的外设功能。
[0068]本发明的所述图像传感器模块20、通用处理器模块30和所述接口通用模块40为同样尺寸大小，方便组装。每块单模块即所述图像传感器模块20、通用处理器模块30和所述接口通用模块40之间为线缆连接而非插针连接，以实现各模块之间的柔性互连，方便组装成枪机相机或球机相机。
[0069]本实施例中，该通用相机系统还可包括:
[0070]个性化定制模块50，与所述主处理器单元308连接，用于扩展主处理能力，因此在通用处理器模块30上面预留了与个性化定制模块50的通信接口。是对通用处理器模块30的补充，以此实现更复杂的功能，该模块是可选模块，由用户根据自己的需要来选用。为了满足用户不同的应用需求，个性化定制模块50主要完成用户所需的特定功能，例如图像的压缩编解码、图像的智能应用(人脸识别，车牌识别等)、低信噪比图像(红外热图像，微光图像等)的ISP(image signal processor图像信号处理)等。个性化定制板的功能实现可以采用两种方式，一是用户采用DSP、FPGA等可编程逻辑器件实现，或者采用专用的芯片ASIC实现，该功能板只在用户需要时才存在，并且与用户自身的需求有关。
[0071]工作时，外界光线通过镜头10 (定焦，手动调焦，电动调焦均可)聚焦到图像传感器模块20的靶面，产生图像数据信号，图像数据信号传给通用处理器模块30，通用处理器模块30将图像数据信号进行处理，同时控制外围设备，在通用处理器模块30上设置有多个接口模块，例如可以通过个性化定制模块接口 307与个性化定制模块50连接，通用处理器模块30上连接DDR(DoubIe Data Rate双倍速率同步动态随机存储器)303，用于缓存图像数据，满足用户的不同需求。图像传感器模块20和个性化定制模块50可以由用户自己设置。
[0072]本发明大量地采用可编程逻辑器件FPGA模块，实现相机系统的通用化设置，丰富的扩展接口可提高相机系统的处理能力，可定制的设置实现了系统性能与成本之间的平衡。再配备一款合适的镜头和外壳以及部分固定结构用的结构件即可快速安装出一台可定制相机，极大地缩短了相机开发的周期，各核心电路模块采用小尺寸设计，尽量减小模块的面积，为适应各种相机外壳留出足够的空间，且充分考虑到各模块结构上的安装和散热问题。
[0073]当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种用户可定制相机的通用相机系统，其特征在于，包括: 多个图像传感器模块，用于分别接收多个不同相机镜头同时输入的多路图像数据并分别生成对应的图像数据信号，所述多路图像数据包括可见光图像源、微光图像源和/或红外热图像源； 通用处理器模块，分别与所述多个图像传感器模块连接，用于采集所述多个图像传感器模块各自生成的图像数据信号并对所述图像数据信号进行处理；以及 接口通用模块，与所述通用处理器模块连接，采用可编程逻辑器件FPGA配置，用于满足对各种外设模块的需求。
2.根据权利要求1所述的通用相机系统，其特征在于，所述通用处理器模块包括: FPGA处理器单元，通过多个数据接口与所述图像传感器模块连接，用于对所述图像数据信号的预处理，实现所述图像数据信号的缓存与再分配； 主处理器单元，与所述FPGA处理器单元连接，用于接收所述FPGA处理器单元传输过来的图像数据信号，并对所述图像数据信号进行处理，所述主处理器单元上设置有多个外设接口，用于满足多种外设需求，所述主处理器单元同时用于对所述多种外设的控制。
3.根据权利要求2所述的通用相机系统，其特征在于，所述主处理器单元为DSP处理器、ARM处理器或FPGA处理器。
4.根据权利要求2或3所述的通用相机系统，其特征在于，所述接口通用模块通过两路485通信模块与所述FPGA处理器单元连接。
5.根据权利要求4所述的通用相机系统，其特征在于，所述多路图像数据包括CCD型、CMOS型和标准图像型，所述FPGA处理器单元的多个数据接口包括CXD数据接口、CM0S数据接口和标准图像数据接口。
6.根据权利要求5中所述的通用相机系统，其特征在于，所述CCD数据接口通过前置放大电路和ADC模拟数字转换器与所述FPGA处理器单元连接，所述CMOS数据接口与所述FPGA处理器单元直接连接，所述标准图像数据接口通过ASIC芯片与所述FPGA处理器单元连接。
7.根据权利要求1、2、3、5或6中所述的通用相机系统，其特征在于，所述接口通用模块上设置有音频接口、RJ45接口、视频显示口、以太网口、光网络口、多路步进电机控制口、红外灯激光灯控制口、风扇控制电路接口、制冷控制电路接口、制热控制电路接口和/或RS485 接口。
8.根据权利要求1、2、3、5或6中所述的通用相机系统，其特征在于，所述图像传感器模块、通用处理器模块和所述接口通用模块为同样尺寸，所述图像传感器模块、通用处理器模块和所述接口通用模块之间为线缆连接，以实现各模块之间的柔性互连，方便组装成枪机相机或球机相机。
9.根据权利要求2、3、5或6中所述的通用相机系统，其特征在于，还包括: 个性化定制模块，与所述主处理器单元连接，用于扩展所述通用处理器模块的处理能力。
10.一种用户可定制相机，包括相机外壳、通用相机系统和镜头，所述通过相机系统安装在所述相机外壳内，所述镜头安装在所述相机外壳上，所述镜头与所述通用相机系统连接，其特征在于，所述通用相机系统为上述权利要求1-9中任意一项所述的通用相机系统。
【文档编号】H04N5/225GK104135601SQ201410344975
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】刘攀, 苏威积, 林秀春, 裴彦杰, 肖鹏, 钟松延, 张力, 邓超, 黄敏君, 杜丽, 孟飞, 董一伯, 董博, 赵薇, 牛坤, 张健, 刘雨睿, 王东东, 张春杰, 黄传鹤 申请人:北京计算机技术及应用研究所, 北京航天爱威电子技术有限公司