专利名称：基于多元信息嵌入的图像采集器及多元信息采集方法
技术领域：
本发明涉及一种图像采集器，尤其是一种可以复合多元信息的图像采集器。
技术背景人们在很多场合，如科学考察、出行游玩、登山探险、现场取证等活动时，必 不可少要携带相机、具有拍摄功能的手机等图像采集器材来拍摄相片。目前的数码 相机或其他图像采集器， 一般仅在相片中包含拍摄的时间信息，并不采集其他信息， 所以当日后翻看或整理相片时，常常会因为没有及时记录下拍摄时的一些相关信 息，如拍摄的地点、时间、温度、湿度、气压等，而感到信息残缺或无从下手，有 些与相片相关的信息甚至是一些科研活动的主要原始数据。现有图像采集装置功能较为单一，主要是获取图像；而现有信息釆集装置的功 能一般不含采集图像，而只收集传感器采集到的数据，从功能上看也很单一。而关 于即要采集图像，又能即时采集环境信息的装置，尚无报道。发明内容技术问题:本发明的目的是提供一种基于多元信息嵌入的图像采集器及多元信 息采集方法，在采集图像的同时能够采集获取多种现场环境信息，并嵌入到图像中， 使图像包含多元信息。技术方案本发明的基于多元信息嵌入的图像采集器中，摄像模块的控制端和 数据端分别与处理器模块的第一通用并口端和第二通用并口端相连;用于显示图像 和隐含信息的监视器模块的控制端和数据端分别与处理器模块的控制端和数据端 相连;用于获取卫星数据的全球定位系统接收模块的串行数据接收端和串行数据发 送端分别与处理器模块的串行数据发送端和串行数据接收端相连;传感器模块的时 钟端和数据端分别与处理器模块的第三通用并口端和第四通用并口端相连;通用接 口模块的通用串行总线接口端、串行接口端、键盘接口端分别与处理器模块的通用 串行总线接口端、第零组串行数据接口端、通用并口端相连；移动介质模块的控制 端和数据端分别与处理器模块的安全数字存储卡控制端和数据端相连；电源管理模 块的第一电压输出端、第二电压输出端和复位信号端分别与处理器模块的第一电源输入端、第二电源输入端、复位输入端相连；存储器模块的非易失存储器端、静态 随机存储器端与处理器模块的非易失存储器端、静态随机存储器端相连。传感器模块的第一扩展端口、第二扩展端口和第三扩展端口分别与处理器模块 的第五通用并口端、第六通用并口端、第七通用并口端相连。电源管理模块包括一路1.8V实时时钟电压、 一路2.8V电压、第一路5V电压、 第二路5V电压、第一路3.3V电压、第二路3.3V电压、第三路3.3V电压；每路 电压可由系统根据实际需要单独控制。基于多元信息嵌入的图像采集器的多元信息采集方法中，由摄像模块捕获图 像，同时启动全球定位系统接收模块，通过全球定位系统模块获得卫星数据；然后 启动传感器模块，通过传感器模块获得传感数据，通过信息隐藏算法将所述卫星数 据和所述传感数据隐藏在所述图像中，并存储在存储器模块中；通过监视器模块显 示所述图像及其中的隐含信息；通过在微机上运行的专用图片浏览器程序也可提取 并显示或处理所述图像及其中的隐含信息。所述信息隐藏算法为改进的离散余弦变换隐藏算法，即1) 计算并分配图像编码所需的缓冲区；2) 将待隐藏信息进行格式化编码，编码由四部分组成起始标识，隐藏信息 名-值表，校验字，结束标识；3) 将捕获的原始图像进行颜色系统转换，并分割为8x8的像素块；4) 设置量化表和哈夫曼表，可采用有损数字图像压縮系统(JPEG)标准表，也 可适当变化；5) 向缓冲区依次写入JPEG图像开始标记、应用数据块、量化表、帧开始标 记、哈夫曼表、扫描行开始标记等段。6) 对当前8x8的数据块进行离散余弦变换；7) 对数据块进行量化，并嵌入信息，即根据嵌入强度及待隐藏信息位，对中 频系数中特定位置的系数做调整；8) 对数据块进行哈夫曼编码，并写入缓冲区；9) 若8x8的数据块未全部处理完，取下一个数据块，转6);10) 向缓冲区依次写入图像结束标记。所述专用图片浏览器程序提供一种浏览多元信息图像的新方法，该浏览方法 是，在显示图像的同时，能同时显示隐含在图像中的其他信息；在连接互联网时能与卫星地图相结合，根据图像中的全球定位信息，在数字地图上显示具体位置，多幅图像可以根据拍摄时间信息形成运动轨迹。主要工作步骤是，1) 显示所选图像；2) 提取当前图像的隐含信息；显示当前图像的隐含信息；3) 根据当前图像中的GPS(全球定位系统)信息生成包含Google Map (谷歌地 图)对象的HTTP (超文本传输协议)文件；4) 通过HTTP (超文本传输协议)浏览器控件打开卫星地图，显示当前图像 的全球定位信息；5) 是否需要分析当前文件夹中所有图像？否，则结束；6) 分析所有图像的全球定位信息；7) 计算并显示所有图像的拍摄轨迹。本发明提供的基于多元信息嵌入的图像采集器，摄像模块的SX端与处理器模 块的SX端相连，用于显示图像和信息的监视器模块的LCD端与处理器模块LCD 端相连，用于获取卫星数据的GPS(全球定位系统)接收模块的GPS端与处理器模 块的GPS端相连，存储器模块的"NANDFlash、 SRAM"端分别与处理器模块的 "NANDFlash、 SRAM"端相连，传感器模块的"CGQ"端与处理器模块的"CGQ" 端相连，通用接口模块的"USB、 RS232、 GP"端分别与处理器模块的"USB、 RS232、 GP"端相连，移动介质模块的"SD"端与处理器模块的"SD"端相连， 电源的"DY"端与处理器模块的"DY"端相连。本发明提供的多元信息采集方法，由摄像模块捕获图像，同时启动GPS接收 模块和传感器模块，通过GPS接收模块获得卫星数据，通过传感器模块获得传感 数据，通过隐藏算法将所述卫星数据和所述传感数据隐藏在所述图像中，并存储在 存储器模块中。本发明还提供了一种用于浏览隐藏了多元信息图像的浏览方法。该浏览方法面 向本发明装置的输出图像而设计，能提取其中的隐含信息，以形象的方式显示，并 能通过网络连接卫星地图，指示图像拍摄时的地理位置。有益效果由于本发明提供的基于多元信息嵌入的图像采集器，包括了 GPS 接收器模块和传感器模块，所以本发明提供的图像采集器，不仅能够采集图像，还 能够采集与现场环境相关的信息，由于还包括通用接口模块，所以，易于扩展其他 传感器模块，以适应不同的应用需求。本发明提供的多元信息采集方法，由于在拍摄图像的同时，启动了GPS接收 模块和传感器模块，通过GPS接收模块获得卫星数据，通过传感器模块获得传感数据，并通过隐藏算法将所述卫星数据和所述传感数据隐藏在所述图像中，所以， 可以在采集图像的同时，还能够采集与现场环境相关的信息，并把采集到的相关信 息都隐藏在相片中，不影响相片的正常使用。本发明还提供了一种用于浏览隐藏了多元信息图像的浏览器，所以可以在微机 中浏览相片的同时，根据实际需要，査看或处理隐藏于图像中的与拍摄环境相关的f曰息。所以，本发明可以在拍摄图像的同时，通过不同的传感器采集与现场环境相关 的信息如温度、湿度、气压等，并将这些信息隐藏在图像中，不影响相片的正常使 用，在需要的时候，可以调出这些与图片相关的信息。可见，本发明提供的基于多 元信息嵌入的图像采集器便于存储、传输，不需数据库支持，隐含信息提取后，能 够显示或二次处理、分析；采用嵌入式系统设计，成本低、功耗小，易于嵌入到其 他手持设备中；模块化设计，易扩展，便于产品系列化，该图像采集器可与普遍使 用的数码相机、数码摄像机、手机等数码产品相结合，适用于需要快速记录的场合 或作业(如科学考察、环保检测、查案取证、出游拍照、病情查验等)，也可结合 机器人技术，用来做一些危险性高的信息采集工作，甚至可以用于军事侦察等领域。 该图像采集器可以为科学研究提供一种更为安全、便捷的新手段，为环保检测、现 场取证提供一种新方式，为人们出游增添更多乐趣。
图1为本发明提供的基于多元信息嵌入的图像采集器的结构框图；包括摄像模块l、监视器模块2、传感器模块3、处理器模块4、通用接口模块5、 GPS接收模 块6、存储器模块7、移动介质模块8、电源管理模块9。图2为本发明处理器模块电路原理图。图3为本发明电源管理电路原理图。图4为本发明GPS模块电路原理图。图5为本发明摄像模块电路原理图。图6为本发明传感器模块电路原理图。图7为本发明存储器模块电路原理图。图8为本发明监视器模块电路原理图。图9为本发明移动介质模块电路原理图。图10为本发明通用接口模块电路原理图。图11为本发明提供的多元信息采集方法的流程图；该图说明了系统工作的主 要过程，其中，虚线左侧部分在该图像采集器中进行，右侧部分在微机中进行。图12为本发明提供的操作流程图；该图说明了系统工作的操作和控制过程。 图13 — 16为本发明主要功能的程序控制流程图，图13是图像采集流程图，图14 是图像处理流程图，图15是基于改进DCT的信息嵌入流程图，图16是信息提取流程图。图17为本发明专用图片浏览器的主流程图。该浏览器在显示图片的同时，能 显示隐含在图片中的其他信息；另一创新之处在于能与卫星地图Google Map结合 起来，根据图片中的GPS信息，生成包含Google Map对象的HTTP文件，通过 HTTP浏览器控件连接到Google Map上进行定位，显示航迹，以及其他说明等。
具体实施方式
图l表明了本发明各模块间的结构关系。如图2至图10所示，摄像模块l的SX端与处理器模块4的SX端相连，用 于显示图像和隐含信息的监视器模块2的LCD端与处理器模块4的LCD端相连， 用于获取卫星数据的GPS接收模块6的GPS端与处理器模块4的GPS端相连，存 储器模块7的NAND Flash、 SRAM端与处理器模块4的NAND Flash、 SRAM端 相连，传感器模块3的CGQ端与处理器模块4的CGQ端相连，通用接口模块5 的USB、 RS232、 GP端与处理器模块4的USB、 RS232、 GP端相连，移动介质模 块8的SD端与处理器模块4的SD端相连。如图11所示，由摄像模块1捕获图像，显示在监视器模块2上，同时启动GPS 接收模块6和传感器模块3，通过GPS接收模块6获得卫星数据，通过传感器模 块3获得传感数据，通过隐藏算法将所述卫星数据和所述传感数据隐藏在所述图像 中，并存储在存储器模块7中。其中，处理器模块4采用高性能微处理器芯片，如ARM920T核的S3C2410; 传感器模块3可根据应用背景配置相应的传感器模块，如DHT系列温湿度传感器、 MS5535压力传感器、KDS-1012声音传感器等；监视器模块2含背光电路，如驱 动芯片为SSD1289Z的TFT-G240320UTSW-25W-E液晶显示器，用于图像取景； 电源管理模块9采用节电设计，以满足手持设备要求，如选用LTC3405电源管理 芯片；通用接口模块5中含有RS-232、 USB、并口等设计，以便于传感器扩充，如选用AT43301芯片控制USB接口、 MAX3232芯片控制RS-232接口等；移动介 质模块8可设计SD卡接口，或其他存储卡电路；存储器模块7可选用64M的 SDRAM和64M的NAND FLASH; GPS接收模块6可选用BMS-3系列GPS接收 器；摄像模块1可选用OV系列摄像头。传感器为一个或一个以上，可以包括温度传感器、湿度传感器、声音传感器、 气体传感器、气压传感器。其中，温度传感器可以采用的型号有DS18B20、 DS1820、 DS18S20、 DS1822、 DS1620、 DHT9x、 SHT系列、SMT 160-30、 AD系列等；湿 度传感器可以采用的型号有DHT9x、 SHT系列、HSU-07、 CM-R、 QHS-23 、 SMTHS 10 等；压力传感器可以采用的型号有QPS-100A、 MPS-3120、 MS5534A、 MS5535等； 声音传感器可以采用的型号有KDS-1012、 JYDIS-1等；气体传感器可以采用的型 号有SO、 ECO-Sure、 SD-30、 CO sensor、 S+4H2S、 S+4CO等。本发明的专用图片浏览器，用高级语言编程实现，在微机上运行，用于查看或 处理隐含在图片中的多元信息。本发明的一个优选实施例中含有GPS(全球定位系统)接收器和温度传感器及 湿度传感器；根据实际需要，可选配不同的传感器，通过通用接口模块5连接。本实施例是使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的描述，但 可以看到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化、修 改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种基于多元信息嵌入的图像采集器，其特征在于该图像采集器中，摄像模块(1)的控制端(11)和数据端(12)分别与处理器模块(4)的第一通用并口端(41)和第二通用并口端(42)相连；用于显示图像和信息的监视器模块(2)的控制端(21)和数据端(22)分别与处理器模块(4)的控制端(43)和数据端(44)相连；用于获取卫星数据的全球定位系统接收模块(6)的串行数据接收端(61)和串行数据发送端(62)分别与处理器模块(4)的串行数据发送端(45)和串行数据接收端(46)相连；传感器模块(3)的时钟端(31)和数据端(32)分别与处理器模块(4)的第三通用并口端(47)和第四通用并口端(48)相连；通用接口模块(5)的通用串行总线接口端(51)、串行接口端(52)、键盘接口端(53)分别与处理器模块(4)的通用串行总线接口端(4a)、第零组串行数据接口端(4b)、通用并口端(4c)相连；移动介质模块(8)的控制端(81)和数据端(82)分别与处理器模块(4)的安全数字存储卡控制端(4d)和数据端(4e)相连；电源管理模块(9)的第一电压输出端(91)、第二电压输出端(92)和复位信号端(93)分别与处理器模块(4)的第一电源输入端(4f)、第二电源输入端(4g)、复位输入端(4h)相连；存储器模块(7)的非易失存储器端(71)、静态随机存储器端(72)与处理器模块(4)的非易失存储器端(4i)、静态随机存储器端(4j)相连。
2. 如权利要求1所述的基于多元信息嵌入的图像采集器，其特征在于，传感 器模块(3)的第一扩展端口、第二扩展端口和第三扩展端口分别与处理器模块(4)的 第五通用并口端、第六通用并口端、第七通用并口端相连。
3. 如权利要求l所述的基于多元信息嵌入的图像采集器，其特征在于，电源 管理模块(9)包括一路1.8V实时时钟电压、 一路2.8V电压、第一路5V电压、第二 路5V电压、第一路3.3V电压、第二路3.3V电压、第三路3.3V电压；每路电压 可由系统根据实际需要单独控制。
4. 一种采用权利要求1所述的基于多元信息嵌入的图像采集器的多元信息采 集方法，其特征在于，在处理器模块(4)控制下，由摄像模块(l)捕获图像，同时启 动全球定位系统接收模块(6)，通过全球定位系统模块(6)获得卫星数据；然后启动 传感器模块(3)，通过传感器模块(3)获得传感数据，通过信息隐藏算法将所述卫星 数据和所述传感数据隐藏在所述图像中，并存储在存储器模块(7)中；通过监视器 模块(2)显示所述图像及其中的隐含信息；通过在微机上运行的专用图片浏览器程 序也可提取并显示或处理所述图像及其中的隐含信息。
5. 如权利要求4所述的基于多元信息嵌入的图像采集器的多元信息采集方法， 其特征在于，所述信息隐藏算法为改进的离散余弦变换隐藏算法，艮口1) 计算并分配图像编码所需的缓冲区；2) 将待隐藏信息进行格式化编码，编码由四部分组成起始标识，隐藏信息 名-值表，校验字，结束标识；3) 将捕获的原始图像进行颜色系统转换，并分割为8x8的像素块；4) 设置量化表和哈夫曼表，可采用有损数字图像压縮系统(JPEG)标准表，也 可适当变化；5) 向缓冲区依次写入JPEG图像开始标记、应用数据块、量化表、帧开始标 记、哈夫曼表、扫描行开始标记等段；6) 对当前8x8的数据块进行离散余弦变换；7) 对数据块进行量化，并嵌入信息，即根据嵌入强度及待隐藏信息位，对中 频系数中特定位置的系数做调整；8) 对数据块进行哈夫曼编码，并写入缓冲区；9) 若8x8的数据块未全部处理完，取下一个数据块，转6);10) 向缓冲区依次写入图像结束标记。
6. 如权利要求4所述的基于多元信息嵌入的图像采集器的多元信息采集方法， 其特征在于，所述专用图片浏览器程序提供一种浏览多元信息图像的新方法，该浏 览方法是，在显示图像的同时，能同时显示隐含在图像中的其他信息；在连接互联 网时能与卫星地图相结合，根据图像中的全球定位信息，在数字地图上显示具体位 置，多幅图像可以根据拍摄时间信息形成运动轨迹。主要工作步骤是，1) 显示所选图像；2) 提取当前图像的隐含信息；显示当前图像的隐含信息；3) 根据当前图像中的全球定位信息生成包含谷歌地图对象的超文本传输协议 文件；4) 通过超文本传输协议浏览器控件打开卫星地图，显示当前图像的地理信息;5) 是否需要分析当前文件夹中所有图像？否，则结束；6) 分析所有图像的全球定位信息；7) 计算并显示所有图像的拍摄轨迹。
全文摘要
基于多元信息嵌入的图像采集器及多元信息采集方法在采集图像的同时能够采集获取多种现场环境信息，并嵌入到图像中，使图像包含多元信息。在处理器模块(4)控制下，由摄像模块(1)捕获图像，同时启动全球定位系统接收模块(6)，通过全球定位系统模块(6)获得卫星数据；然后启动传感器模块(3)，通过传感器模块(3)获得传感数据，通过信息隐藏算法将所述卫星数据和所述传感数据隐藏在所述图像中，并存储在存储器模块(7)中；通过监视器模块(2)显示所述图像及其中的隐含信息；通过在微机上运行的专用图片浏览器程序也可提取并显示或处理所述图像及其中的隐含信息。
文档编号H04N1/21GK101222568SQ20071019118
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者勇 沈 申请人:江苏科技大学