本发明涉及一种采集系统，具体是一种农田图像采集系统。
背景技术：
随着嵌入式系统、网络和图像信息技术的发展，以嵌入式技术为核心和以网络形式传输的田间图像采集系统已成为研究热点。其中，嵌入式系统具有功耗低、体积小、集成接口丰富等优点，同时采用网络传输具有安装方便、组网和扩展灵活的优点。
我国农业的特点是智能化程度不高、地域分散、环境多变，提高农业的总体控制能力和管理水平对保护农业资源，保证国家的粮食供应，以及农作物防灾等方面具有重要意义。加强农业信息化建设是提高农业总体控制能力和管理水平的核心要求。随着国家在农业上的投入逐年增加，我国农业信息技术的发展在近些年取得了显著的成果。通过先进的信息采集设备对分散各地的农业生产现场进行状态监控，实时掌握现场农作物的生长状况，获得了大量农业生产的第一手资料，为保障我国农业生产持续发展做出了重要贡献。
近年来气候干旱、病虫害加剧以及劳动力资源短缺等因素对我国农业的影响越来越明显，农田精细化管理水平亟待提高。设计一个农田图像的远程采集系统非常必要。
农田图像采集器综合计算机、网络、传感器技术，完成农田生长期图像的采集与传输。管理者依据采集到的图像，对农田作物的生长状况、病虫害情况、土壤湿度、土壤肥力等信息进行分析，便于及时采取合理的措施，保证作物的正常生长。与此同时，农业生产对劳动力的需求量也得以降低。
农业生产现场存在的灰尘、湿度以及光照等恶劣因素，严重影响安装在农业作业现场的 PC 机、工控机等信息化设备的正常工作；同时传统的PC机或者工控机等农田作物数据采集设备体积大、功耗高、价格相对比较昂贵，不适合野外作业。基于嵌入式系统的数据采集设备以体积小、成本低、稳定性好、性能高等优点在农业现场信息采集应用中获得了大量选用。
本课题是在了解了国内图像采集器现状的基础上，综合运用信息领域的先进技术和方法，设计一套农作物数据的实时监测与采集系统，实现高可靠性、高性价比的农田图像采集器，对于提高农业生产效率，提高我国农业智能化水平，具有重要的理论和应用价值。
（二）国内外研究现状及分析
发达国家农业信息化发展较早，技术比较发达，农业信息采集技术的发展主要经历了封闭式的自成信息采集系统和网络型的数据采集系统两个阶段
（1）封闭式的自成信息采集系统，利用数据采集器贮存采集到的数据,需要时将数据导出，信息交换较为麻烦，不利于信息共享。
（2）网络型的数据采集系统。该方式通过有线或无线网络将采集的田间数据进行传输，实现数据共享和信息反馈，从而能够动态了解作物环境信息并对作物长势进行预测。
封闭式的自成信息采集系统实践起步相对较早，技术和理论相对成熟，已经形成较为成熟的体系，并且已经产生了一批商品化的软硬件产品。例如，Trimble 公司推出的 Ag 系列产品，Ag70、Ag160、Ag170、Ag GPS EZ-Map 为几种不同价位、不同技术水平的 GPS 数据采集系统。Ag70 仅有一个两行，每行 16 字符的 LCD 显示，不具备实时图形处理功能；Ag160 具备数据采集、田间绘图、预定义模式的导航及指导土壤采样的功能；Ag170 主要安装在农业机械上；Ag GPS EZ-Map 实际上就是将原有 Ag160软件系统运行在掌上电脑上。美国的COMPBELL公司开发出基于单片机的CR系列田间数据采集器，但基于单片机功能单一、资源有限和图形化程度低的特点，系统功能扩展方面存在困难。
随着计算机网络技术的发展，网络型的数据采集系统，得到越来越多的发展和重视，国外也已开发出一批基于有线或无线网络的农田信息采集产品，使得采集到的信息可以及时的通过网络发送到负责管理的计算机或者管理人员手中。如：荷兰EKOPOWER 公司开发出装备有无线数据传输功能的农田信息采集器，美国 NEXSENS TECHNOLOGY 公司开发了一系列无线数据采集器。美国的CAMPBELL 公司也把无线电台传输功能装备在了其CR系列数据采集器上（Campbell Scientific Inc. 2004）。日本 CASIO 与美国 SYBOL 公司所生产的数据采集器也配备了无线传输模块。这些产品多基于 PC 或者大型数据采集装置，安装比较麻烦。
随着嵌入式技术的发展，基于嵌入式的图像采集传输系统以其良好的实时性，稳定性，成为图像采集领域的新热点，在农业方面对其的研究也日益增多，国外已有一些公司开发了初步的产品，如日本的农业生物系特定产业技术研究机构、中央农业综合研究中心、农业信息技术研究部、模型开发研究团队联合研制的无线局域网的多传感器田间服务器。美国农业部研究所（USDA-ARS）开发了农作物生长条件实时测量设备，集成了数码相机、超声波传感器等，该设备可悬挂于拖拉机上，在车辆田间作业的同时通过集成传感器将归一化植被指数、作物冠层结构等田间信息反馈到车载电脑中，并通过拖拉机上携带的通信装置与远端进行信息交互。
近年来我国农业信息化技术研究主要集中在数据库与信息管理系统、专家系统、决策支持系统、地理信息系统等，这些农业信息系统基本上都需要大量实时、有效的数据支持，因此农田信息采集是农业信息系统不可缺少的部分。 虽然我国农业信息获取技术起步较晚，但近几年内的研究也取得了进展，我国农业科技工作者经过不懈努力取得了一定的成绩。1995年中国农大对“WJG-1 型实验温室环境监控计算机管理系统”的成功开发，开启了我国对分布式数据采集控制管理系统研究。 近年来许多高校和科研院所已经开始从事农田信息采集方面的研究，研发了一批本地数据采集设备。佳木斯大学信息电子技术学院的韩华、刘海宽等研究设计了“便携式多参数数据采集器”，可完成多参数采集存储等功能，但是须借助于 PC机上的软件进行测试，实时性较差；方慧等开发了基于掌上电脑的农田信息采集系统，基于 Win CE 和 Ag132 实现了农田信息的采集和控制；张淑娟等开发出了基于GPS的农田信息采集与处理系统实现了GPS 数据计算机实时采集；但是以上系统只实现了本地数据采集，未能及时有效的进行数据共享。 面对本地数据采集设备在信息传输方面的不足，国内在网络数据采集系统方面也进行了研究。庞树杰等开发了基于 GPS 和 GSM 的农田信息远程采集系统；项颖等设计了一种基于便携式 PC+GPRS 的田间远程图像传输系统，但是 PC机体积较大，不便于携带和移动而且对环境要求较高，所以局限性较大；梁居宝等设计了基于 3G 和 VPN 的温室远程监控系统，对温室环境数据进行自动采集、远程传输、存储管理、网络发布、分析处理。侯存峰等设计了基于 ARM 和 WLAN 的农业信息采集系统，但是受到 WLAN 信号覆盖范围的影响，需要大量节点设备来支持。虽然前面已有许多专家学者对田间信息采集方面做出了研究，但仍然不能满足用户日益增长的需求，尚需要解决以下问题：
（1）在农业装备越来越追求高效率低成本的情况下，需要一种实时采集设备，弥补原有的分布式定点采集设备存在的架设、维护、采集死角等缺陷；弥补使用WLAN方式进行无线传输带来的设备移动范围受限以及大量布设节点带来的成本增加的缺陷；
（2）在信息获取要求越来越及时的情况下，不仅要求准确采集信息，还要求将采集到的信息高效快速的反馈回来，以便及时准确做出判断和相应的决策。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种采用DSP的片上ADC实现图像采集的农田图像采集系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种农田图像采集系统，包括输入接口、滤波器、解码器、运算放大器、同步分离模块和图像处理模块，所述输入接口分别连接滤波器和解码器，滤波器还分别连接解码器、运算放大器和同步分离模块，运算放大器还连接A/D转换模块，A/D转换模块还分别连接晶振和CPLD模块，CPLD模块还分别连接同步分离模块、晶振和图像处理模块，图像处理模块还连接输出接口，所述A/D转换器采用TMS320F2812；所述图像处理模块还连接同步分离模块。
作为本发明进一步的方案：所述滤波器采用TDA9181。
作为本发明进一步的方案：所述解码器采用TDA9143。
作为本发明进一步的方案：所述图像处理模块采用TMS320C6416T。
作为本发明再进一步的方案：所述同步分离模块采用LM1881。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用DSP的片上ADC实现图像采集，不需要专业的视频解码芯片，具有电路简单、成本低、易于维护和升级的特点，更重要的是其可以适应不同标准图像信号的采集，用DSP和CPLD搭建数据采集系统时，不必外接专业的图像采集芯片，避免了复杂的硬件设计，同时提供了足够的处理能力。
附图说明
图1为农田图像采集系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1，本发明实施例中，一种农田图像采集系统，包括输入接口、滤波器、解码器、运算放大器、同步分离模块和图像处理模块，输入接口分别连接滤波器和解码器，滤波器还分别连接解码器、运算放大器和同步分离模块，运算放大器还连接A/D转换模块，A/D转换模块还分别连接晶振和CPLD模块，CPLD模块还分别连接同步分离模块、晶振和图像处理模块，图像处理模块还连接输出接口，所述A/D转换器采用TMS320F2812；所述图像处理模块还连接同步分离模块。滤波器采用TDA9181。解码器采用TDA9143。图像处理模块采用TMS320C6416T。同步分离模块采用LM1881。
本发明的工作原理是：首先对获取的图像信号进行同步信号分离，将分离出来的同步信号连接至CPLD模块。图像信号在经过电平钳位、幅度调整等预处理后，将其连接到TMS320F2812的ADC输入端。TMS320F2812通过XINTF将其片上ADC的结果输出至CPLD模块，CPLD模块根据分离出的同步信号的时序关系将视频亮度信号通过HPI传输给图像处理器TMS320C6416T进行图像处理。
视频预处理：模拟图像信号中包含有视频亮度信号、视频色度信号、视频同步信号。图像信号的峰峰值为1V，并且其同步信号电平低于零电平，而TMS320F2812采用的ADC量程为0～3V，因此在视频转换之前，需要对其进行Y/C分离、同步分离、电平钳位、幅度放大等预处理。
Y/C分离和电平钳位：本系统采用TDA9181和TDA9143芯片进行Y/C分离，TDA9181是多标准动态梳状滤波器，由延时、加法器、减法器、带通滤波器组成，支持PALB、G、H、D、I、M、N 及NTSC M标准的梳整，可以为其相关制式的图像信号进行Y/C分离，TDA9181还能对输入的信号进行电平钳位。TDA9143是一种由I2C总线控制的PAL/NTSC/SECAM解码器，可以为TDA9181提供Y/C分离所需要的沙堡脉冲信号和色副载频信号。
运算放大器：由于图像信号的峰峰值为1V，而TMS320F2812的ADC量程为0～3V，所以为了更好的进行视频采样，需要对图像信号放大3倍，系统采用的AD8066是高压、高速、低功耗和大电流的轨对轨输出的单路和双路运算放大器，其微分增益误差和微分相位误差分别为0.01% 和0.02%，7MHz带宽的增益均匀性为0.1dB，非常适合视频缓冲应用。
同步分离模块：同步分离采用NS公司的LM1881芯片，LM1881能够从峰峰值为0.5～2V的PAL、NTSC和SECAM图像信号分离出各种同步信号此外，LM1881还可应用于非标准图像信号的同步分离。
A/D转换模块：TMS320F2812为32位定点可编程处理器芯片，最高频率为150MHz，可以方便地与其他处理器连接，片上12位ADC最高采样带宽可达12.5MHz，拥有相当于16级的FIFO，使片上ADC能达到上限工作速率,实现每80ns采集1个数据。此外，TMS320F2812可以方便的进行软件编程，以适应不同标准的图像信号，故采用TMS320F2812用作AD转换。将输入的PAL/NTSC制式的模拟图像信号通过TDA9181和TDA9143进行Y/C分离和电平钳位后，一路给TMS320F2812变成数字信号，另一路给LM1881分离出同步信号。
将TMS320F2812采集后的图像数据通过其XINTF传输至CPLD模块；将LM1881分离出奇偶场信号和复合同步信号也交给CPLD模块进行逻辑控制，由CPLD模块根据奇偶场信号和复合同步信号来决定是采集奇场图像还是偶场图像，或者采集一帧完整的图像。
当场同步信号到来时，CPLD模块根据奇偶场信号决定是采集奇场图像还是偶场图像，或者采集一帧完整的图像；当复合同步信号到来时，CPLD模块判断是哪一行。CPLD模块会根据这些逻辑时序来控制TMS320F2812的采集，以及提供同步时序给外扩的图像处理器，用户也可以根据自己的需要处理这些同步信号，比如用外扩的图像处理器代替CPLD模块来判断图像的行、场。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。