一种图像处理系统以及图像处理方法与流程

本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种图像处理系统以及图像处理方法。

背景技术：

随着图像处理技术的不断进步，对图像处理系统的精度提出了新的需求。而图像处理系统处理结果的精度和图像处理系统所处理的数据范围有密切的关系。

近年来，图像处理系统一般是基于ARM处理器的系统，因为ARM体系的处理器相较于其它的处理器，其在功耗以及体积等性能是其它类型的处理无法比拟的。将图像处理系统和嵌入式相结合，以便使图像处理系统的性能得到较大的提升。

现在基于ARM处理器的图像处理系统通常是利用ARM处理器的相机接口来采集图像数据，采集的图像数据一般为8位的图像数据，即图像数据用8位二进制数表示，其采集的图像数据的编码格式一般为BT.601或者是BT.656。由于现有的图像处理系统采集的图像数据为单字节图像数据，会使采集得到的图像数据的范围有一定的限制，因此在对图像数据进行处理时，图像处理系统处理结果的精度会受到数据位数的限制。如何提高图像处理系统处理结果的精度是本领域亟待解决的问题，基于此，本发明提出了一种图像处理系统以及图像处理方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种图像处理系统，目的在于解决现有技术中图像处理系统处理结果的精度较低的问题；本发明的另一目标是提供一种图像处理方法，其采集的图像数据的范围大，进而使图像处理系统的处理结果的精度较高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种图像处理系统，该系统包括：

图像采集设备，用于采集双字节图像数据；

与所述图像采集设备相连的现场可编程门阵列，用于将所述双字节图像数据拆分为高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据；

与所述现场可编程门阵列相连的处理器，用于接收所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据，将所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据重新组合为所述双字节图像数据，并对所述双字节图像数据进行图像处理。

可选地，还包括双倍速率同步动态随机存储器、随机存取存储器、嵌入式多媒体卡以及触摸屏。

可选地，所述图像采集设备为红外焦平面探测器，其中，所述红外焦平面探测器采集的所述双字节图像数据为14位图像数据；所述红外焦平面探测器包括用于输出数据时钟的第一输出端口、用于输出同步信号的第二输出端口、用于输出所述14位图像数据的低7位图像数据的第三输出端口、用于输出所述14位图像数据的高7位图像数据的第四输出端口。

可选地，所述现场可编程门阵列包括：

用于接收所述数据时钟的第一接收端口，所述第一接收端口通过Data_Clk信号线与所述第一输出端口相连接；

用于接收所述同步信号的第二接收端口，所述第二接收端口通过Data_Sync信号线与所述第二输出端口相连接；

用于接收所述低7位图像数据的第三接收端口，所述第三接收端口通过Data1_Out信号线与所述第三输出端口相连；

用于接收所述高7位图像数据的第四接收端口，所述第四接收端口通过Data2_Out信号线与所述第四输出端口相连；

用于输出帧同步信号的第五输出端口；用于输出行同步信号的第六输出端口；用于输出像素时钟信号的第七输出端口；用于输出所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据的第八输出端口。

可选地，所述处理器为ARM处理器，所述ARM处理器包括：

用于接收所述帧同步信号的第五接收端口，所述第五接收端口通过VSYNC信号线与所述第五输出端口相连；

用于接收所述行同步信号的第六接收端口，所述第六接收端口通过HREF信号线与所述第六输出端口相连；

用于接收所述像素时钟信号的第七接收端口，所述第七接收端口通过PCLK信号线与所述第七输出端口相连；

用于接收所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据的第八接收端口，所述第八接收端口通过DATA[7:0]信号线与所述第八输出端口相连。

可选地，所述图像采集设备为可见光波段相机或紫外波段相机或红外波段相机。

此外，本发明还提供了一种图像处理方法，该方法包括：

图像采集设备获取双字节图像数据，将所述双字节图像数据传输至现场可编程门阵列；

所述现场可编程门阵列将所述双字节图像数据拆分成高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据，将所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据传输至处理器；

所述处理器将所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据重新组合，得到所述双字节图像数据。

可选地，所述现场可编程门阵列将所述双字节图像数据拆分成高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据包括：

当所述双字节图像数据为14位图像数据时，将所述双字节图像数据的高7位图像数据存储至BT.601的Y位置；

将所述双字节图像数据的低7位图像数据存储至所述BT.601的Cb或Cr位置。

可选地，所述处理器将所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据重新组合，得到所述双字节图像数据包括：

利用字符串函数将相邻的所述高7位图像数据以及所述低7位图像数据重新组合为所述双字节图像数据；

其中，所述字符串函数为Val＝Y<<7+Cb或Val＝Y<<7+Cr。

本发明所提供的一种图像处理系统，该系统利用图像采集设备来采集双字节图像数据，与所述图像采集设备相连的现场可编程门阵列将所述双字节图像数据拆分为高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据，继而利用与所述现场可编程门阵列相连的处理器接收所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据，将所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据重新组合为所述双字节图像数据，并对所述双字节图像数据进行图像处理。利用现场可编程门阵列将图像采集设备采集的双字节图像数据转换为高低位单字节图像数据，处理器对接收到的图像数据进行重构，重新组合成双字节图像数据，从而图像处理系统对双字节图像数据进行处理。可见，对双字节图像数据进行拆分和重构，使采集的图像数据的范围较大，进而提高了图像处理系统处理结果的精度。此外，本发明还提供了一种图像处理方法，与上述图像处理系统的优点一一对应。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的图像处理系统的一种具体实施方式的系统框图；

图2为本发明实施例所提供的图像处理系统的另一种具体实施方式的系统框图；

图3为红外焦平面探测器输出14位图像数据的信号时序图；

图4为ARM处理器接收图像数据的时序图；

图5为本发明实施例提供的图像采集方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

请参见图1，图1为本发明实施例所提供的图像处理系统的一种具体实施方式的系统框图。

图像处理系统不仅具有对采集的图像数据的处理功能，还可以具有图像数据的采集功能以及图像数据传输过程中的数据转换功能。本发明实施例所提供的图像处理系统可以包括：

图像采集设备101，用于采集双字节图像数据；

可以理解的是，双字节图像数据是指所采集的图像数据用两个字节表示。一般情况下，一个字节为8位二进制数，能表示的十进制数的范围为0～255，而双字节为16位二进制数，能表示的十进制数的范围为0～65536。双字节图像数据相较于单字节图像数据来说，其图像数据的范围更大。双字节图像数据可以为14位图像数据，也可以为16位图像数据，亦或者为其它大于8位的图像数据。而上述的图像采集设备可以为红外焦平面探测器、可见光波段相机、红外波段相机以及紫外波段相机。当图像采集设备为红外焦平面探测器时，其红外焦平面探测器同时具有测温和热成像功能，通过对采集目标进行红外探测，从而得到采集目标的灰度图像数据以及温度数据。

显而易见地，利用图像采集设备采集的图像数据为双字节图像数据，可以使采集目标的图像信息尽可能地被囊括，进而使采集得到的图像尽可能较准确地表示目标图像。

与所述图像采集设备相连的现场可编程门阵列102，用于将所述双字节图像数据拆分为高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据；

利用通过数据线与图像采集设备相连的现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)来对接收到的双字节图像数据进行处理，使得处理后的图像数据可以被处理所接收。首先图像采集设备将采集得到的双字节图像数据通过数据线传输至FPGA，FPGA接收双字节图像数据，并对双字节图像数据进行拆分操作，得到高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据。高位单字节图像数据是指将双字节图像数据中大于8位的数据拆分出来，单独用一个字节表示。位单字节图像数据是指将双字节图像数据中的低位数据拆分出来，单独用于一个字节表示。高位单字节图像数据和低位单字节图像数据的位数可以人为地根据双字节图像数据的位数来划分。

在双字节图像数据转换为处理器可接收的图像数据格式中，转换的方法有很多，例如可以将双字节图像数据的高位图像数据以及低位图像数据存储至BT.601或者BT.605的相应位置，继而完成图像数据的格式转换。当数据格式为BT.601时，BT.601上有Y位置、Cr位置、Cb位置，可以将高位数据存储至BT.601的Y位置，低位数据存储至BT.601的Cr位置或者是BT.601的Cb位置。当然，其数据格式的转换方式并不限于上述提到的方式，而BT.601和BT.605是一种较成熟的图像数据格式，在此不再赘述。

可以理解的是，FPGA将双字节图像数据转换为高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据后，可以使高位单字节图像数据以及单位单字节图像数据被处理器接收。

与所述现场可编程门阵列相连的处理器103，用于接收所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据，将所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据重新组合为所述双字节图像数据，并对所述双字节图像数据进行图像处理。

通过数据信号线与FPGA相互连接的处理器，接收FPGA传来的高位单字节图像数据以及低位单字节图数据，继而对接收到的图像数据进行重构，得到双字节图像数据，并且可以对得到的双字节图像数据进行处理操作，得出所需的处理结果。

显而易见地，接收到的图像数据是已经过拆分后的图像数据，不是完整的图像数据，包含的图像信息也不是完整的，需要将接收到的图像数据重新组合为双字节图像数据，其双字节图像数据与图像采集设备采集得到的双字节图像数据是一致的。可以理解的是，由于图像采集设备的图像数据的位数较高，而处理器所能接收的数据位数是有一定的限制的，故需要在数据传输的过程中进行拆分，使图像数据可以顺利地被处理器所接收。而处理器接收拆分后的图像数据后，为了更好地囊括图像信息，需要将拆分的图像数据进行重组还原。位数较多的图像数据包含的图像信息较多，进而可以使图像处理结果的精度较高。

图像处理系统对图像数据的存储和处理离不开存储器，以及对图像数据处理得到的图像进行显示。故进一步地，本发明实施例所提供的图像处理系统还可以包括：双倍速率同步动态随机存储器、随机存取存储器、嵌入式多媒体卡以及触摸屏。

本发明实施例所提供的图像处理系统，利用现场可编程门阵列将图像采集设备采集的双字节图像数据转换为高低位单字节图像数据，处理器对接收到的图像数据进行重构，重新组合成双字节图像数据，从而图像处理系统对双字节图像数据进行处理。可见，对双字节图像数据进行拆分和重构，使采集的图像数据的范围较大，进而提高了图像处理系统处理结果的精度。

由于图像采集设备可以为多种图像采集设备中的一种，不同的图像采集设备对应的采集图像数据类型以及图像数据的传输、处理过程有一定的不同，故下面将对红外测温图像处理系统进行介绍。

请参见图2，图2为本发明实施例所提供的图像处理系统的另一种具体实施方式的系统框图，该系统包括：

红外焦平面探测器201，用于采集红外热图的14位图像数据；

红外焦平面探测器采集目标的红外图像信号，其红外图像信号的位数为14位。红外焦平面探测器上包括红外焦平面探测器包括用于输出数据时钟的第一输出端口、用于输出同步信号的第二输出端口、用于输出所述14位图像数据的低7位图像数据的第三输出端口、用于输出所述14位图像数据的高7位图像数据的第四输出端口。

由于处理器的数字相机接口所能接收的数据位数最高为8位，故需要将14位图像数据进行拆分，使得拆分后的图像数据可以被处理器所接收。可以将14位图像数据拆分成6位的图像数据和8位的图像数据，也可以将14位图像数据拆分成两个7位的图像数据，也可以将14位图像数据拆分成其它类型的数据组合。此时，第三输出端口和第四输出端口输出的图像数据位数也会相应地不同，在此不再赘述。

FPGA202，用于将14位图像数据进行格式转换，得到高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据；

红外焦平面探测器通过低电压差分信号将所采集的红外图像信号传输至FPGA，FPGA将接受到的14位图像数据进行编码，完成格式转换，得到高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据。FPGA包括用于接收所述数据时钟的第一接收端口，所述第一接收端口通过Data_Clk信号线与所述第一输出端口相连接；用于接收所述同步信号的第二接收端口，所述第二接收端口通过Data_Sync信号线与所述第二输出端口相连接；用于接收所述低7位图像数据的第三接收端口，所述第三接收端口通过Data1_Out信号线与所述第三输出端口相连；用于接收所述高7位图像数据的第四接收端口，所述第四接收端口通过Data2_Out信号线与所述第四输出端口相连；用于输出帧同步信号的第五输出端口；用于输出行同步信号的第六输出端口；用于输出像素时钟信号的第七输出端口；用于输出所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据的第八输出端口。

可以理解的是，当拆分的数据位数不是两个7位时，其第三接收端口和第四接收端口所接收的数据位数也会相应地不同，在此不再赘述。

可以将14位图像数据转换为BT.601或者是BT.605格式的数据，对于BT.601格式的数据，BT.601上有Y位置、Cr位置、Cb位置，可以将14位图像数据的高7位图像数据存储至Y位置的DATA[6:0]对应的位置，将14位图像数据的低7位图像数据存储至Cb或者是Cr位置的DATA[6:0]对应的位置，其存储过程的实现可以通过时序控制程序来实现，进而完成低电压差分信号到BT.601数据格式的转换，实现对14位图像数据的拆分。而BT.605数据格式的转换过程与上述过程类似，在此不再进行详细地介绍。当然，还可以将14位图像数据转换为其它格式的数据，从而实现对14位图像数据的拆分。

可以理解的是，拆分后的数据位数的不同，其BT.601格式的转换或者BT.605格式的转换过程也会有细微的差别，在此不再赘述。

ARM硬件平台，包括ARM处理器203、双倍速率同步动态随机存储器DDR204、随机存取存储器RAM205、嵌入式多媒体卡eMMC206以及触摸屏LCD207，用于对高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据进行重组，并对重组后的图像数据进行显示。

ARM处理器包括用于接收所述帧同步信号的第五接收端口，所述第五接收端口通过VSYNC信号线与所述第五输出端口相连；用于接收所述行同步信号的第六接收端口，所述第六接收端口通过HREF信号线与所述第六输出端口相连；用于接收所述像素时钟信号的第七接收端口，所述第七接收端口通过PCLK信号线与所述第七输出端口相连；用于接收所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据的第八接收端口，所述第八接收端口通过DATA[7:0]信号线与所述第八输出端口相连。

ARM处理器通过数字相机接口，接收FPGA转换后的数据，然后根据预先设定的数据传输格式输入ARM处理器的源寄存器。当使用的数据格式为BT.601时，可以预先设定数据传输的顺序为YCbYCr，则ARM处理器接收时，YCbYCr的输入顺序为Y0Cb0Y1Cr0，此时，ARM处理器将接收到的图像数据进行重构，重构时将相邻两个字节的数据进行重新组合，即利用字符函数将接收的字符转换为数值，例如Val＝Y<<7+Cb或者是Val＝Y<<7+Cr，例如将Y0和Cb0对应的数值进行组合，可以得到所采集的14位图像数据。当然，数据转换格式的不同，其重构的具体过程也不尽相同，在此不再赘述。

重构得出14位图像数据后，可以对14位图像数据进行显示，也可使用14位图像数据进行目标的稳定测量。而由于现有的图像显示设备只能显示8位的图像数据，故需要将14位图像数据转换为8位图像数据后，再进行灰度显示，其14位转8位的方法可以为平台直方图，也可以为其它的显示方法。

请参见图3和图4，图3为红外焦平面探测器输出14位图像数据的信号时序图，图4为ARM处理器接收图像数据的时序图。

将14位图像数据的高7位图像数据单独输出，将14位图像数据的低7位图像数据单独输出，可以实现对14位数据的拆分。图3中的Data_Clk为数据时钟，每个数据时钟有1位数据进行传输，Data_Sync为数据同步信号，其中F表示的是帧同步信号，L表示的是行同步信号，Data1_Out输出的是低7位数据，Data2_Out输出的是高7位数据。而通过对高7位图像数据和低7位图像数据分别用相应的字符来表示，以便后期进行重组时更加地方便。图4中的VSYNC表示的是帧同步信号，HREF表示的是行同步信号，PCLK表示的是像素时钟信号，DATA[7:0]表示的是数据信号，其中，每个数据信号为8位。

本发明实施例所提供的红外测温图像处理系统，利用FPGA将采集的14位图像数据转换为ARM处理器相机接口可接收数据格式的数据，进而ARM处理器对接收到的数据进行重构，得到14位图像数据，对14位图像数据进行温度测量以及图像显示，提高了红外测温系统的测温精度，同时，提高了红外测温图像处理系统的测温范围，提高了红外测温图像处理系统的处理结果的精度。

下面对本发明实施例提供的图像处理方法进行介绍，下文描述的图像处理方法与上文描述的图像处理系统可相互对应参照。图5为本发明实施例提供的图像采集方法的流程示意图，该方法包括：

步骤501：图像采集设备获取双字节图像数据，将所述双字节图像数据传输至现场可编程门阵列；

需要指出的是，图像采集设备可以为红外波段相机，也可以为紫外波段相机，也可以为可见光波段相机。而采集的双字节图像数据，可以为9～16位二进制数表示图像数据，例如，双字节图像数据为14位图像数据。

步骤502：所述现场可编程门阵列将所述双字节图像数据拆分成高位单字节图像数据以及低位单字节图像数据，将所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据传输至处理器；

需要说明的是，当双字节图像数据为14位时，可以将14位拆分成高7位图像数据和低7位图像数据，或者是拆分成高6位图像数据和低8位图像数据，亦或者是其它的数据位数的组合。

在本发明的一些实施例中，其数据的拆分过程可以具体为：当所述双字节图像数据为14位图像数据时，将所述双字节图像数据的高7位图像数据存储至BT.601的Y位置；将所述双字节图像数据的低7位图像数据存储至所述BT.601的Cb或Cr位置。通过将高位和低位数据分别用BT.601格式的不同字符来表示，以实现对双字节图像数据的拆分。当然，也可以转换为BT.605格式的图像数据，其过程类似，在此不再赘述。

步骤503：所述处理器将所述高位单字节图像数据以及所述低位单字节图像数据重新组合，得到所述双字节图像数据。

利用处理器将高低位的图像数据进行组合，组合后可以得到拆分之前的双字节图像数据。当双字节图像数据为14位时，其重构的过程可以具体为：利用字符串函数将相邻的所述高7位图像数据以及所述低7位图像数据重新组合为所述双字节图像数据；其中，所述字符串函数为Val＝Y<<7+Cb或Val＝Y<<7+Cr。

本发明实施例所提供的图像处理方法，利用现场可编程门阵列将图像采集设备采集的双字节图像数据转换为高低位单字节图像数据，处理器对接收到的图像数据进行重构，重新组合成双字节图像数据，从而图像处理系统对双字节图像数据进行处理。可见，对双字节图像数据进行拆分和重构，使采集的图像数据的范围较大，进而提高了图像处理系统处理结果的精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的图像处理系统以及图像处理方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。