一种动态图像处理系统及图像处理方法与流程

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种动态图像处理系统及图像处理方法。

背景技术：

随着图像处理技术的发展，图像传感器的使用越来越多，特别在工业领域，机器视觉的步骤代替了纯人工的大部分工作；并且工业领域中机器视觉使用的一般为工业相机，工业相机包括图像传感器以及图像处理模块，在现有技术中，图像处理模块一般采用fpga来对图像进行采集处理，经过fpga处理之后的图像再通过接口(例如usb接口、cameralink、千兆以太网接口等)输出。

在现有的图像处理系统中，图像传感器对fpga的输出帧率保持固定，即图像传感器保持固定帧率向fpga传输图像，fpga保持固定速率对接收到的图像进行处理；若在传输过程中需要改变传输帧率，通常采用如下两种方式进行处理：

(1)在fpga中配置ddr缓存器，在进行图像处理时，客户端发送帧请求信号控制图像传感器改变图像的传输帧率，再将新传输帧率下的图像数据缓存在ddr缓存器中，然后fpga对ddr缓存器中的图像数据进行处理。在上述处理过程中，由于图像传感器的传输帧率发生了变化，但是fpga接收以及处理图像的速率并没有改变，即使图像传感器传输图像的帧率变低，fpga的处理速率依然高，从而导致fpga功耗高、系统稳定性差等问题。

(2)在图像传感器外增加调整时钟的晶阵，该晶阵用于调节图像传感器的工作时钟，再将晶阵和fpga连接至控制中心，通过控制中心分别调节图像传感器的工作时钟以及fpga的处理速率，使二者的传输速率和处理速率保持一致。采用这种处理方式的系统需要额外增加晶阵以及控制中心，降低整个处理系统的集成度，并且控制方式繁琐，降低了图像处理的效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种动态图像处理系统及图像处理方法，通过对fpga和图像传感器进行动态配置，通过fpga中配置模块的作用在极短时间内先后改变图像传感器的传输帧率和fpga的处理速率，从而提升fpga对图像传感器的处理能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种动态图像处理系统，包括相互连接的图像传感器和fpga，所述图像传感器包括寄存器模块和图像产生模块，所述图像产生模块用于产生图像，所述寄存器模块中存储m种寄存器模式；

所述fpga包括时钟模块、配置模块和接收处理模块，所述接收处理模块用于接收所述图像产生模块发送的图像并对其进行处理，所述寄存器模块和所述时钟模块均连接所述图像产生模块，所述寄存器模块和所述时钟模块均连接配置模块，所述时钟模块中存储m种时钟模式，所述配置模块中存储m种配置模式；其中，m种寄存器模式、m种时钟模式以及m种配置模式一一对应；其中，m为大于等于2的整数；

所述fpga中配置模块在m种配置模式中选择其中一种配置模式，并将该配置模式依次传输至所述寄存器模块和所述时钟模块，使得寄存器模块和时钟模块先后选择对应的寄存器模式和时钟模式；所述寄存器模块和所述时钟模块将对应的寄存器模式和时钟模式传输至所述图像产生模块，使所述图像产生模块按照对应的时钟模式进行图像传输。

进一步地，所述系统还包括处理端，所述处理端连接所述配置模块，用于触发所述配置模块在m种配置模式中选择其中一种配置模式。

进一步地，所述配置模块通过spi接口连接所述寄存器模块。

进一步地，所述图像产生模块和所述接收处理模块通过传输接口连接，且所述传输接口包括数据传输接口，行选择接口和列选择接口。

本发明提供的一种图像处理方法，包括如下步骤：

s01：fpga中配置模块在m种配置模式中选择其中一种配置模式，并将该配置模式依次传输至寄存器模块和时钟模块，使得寄存器模块和时钟模块先后选择对应的寄存器模式和时钟模式；其中，所述fpga包括时钟模块、配置模块和接收处理模块，所述图像传感器包括寄存器模块和图像产生模块；

s02：所述寄存器模块和所述时钟模块均将对应的寄存器模式和时钟模式传输至所述图像产生模块，使得图像产生模块按照选择之后的时钟模式进行图像传输。

进一步地，所述配置模块连接处理端，所述步骤s01中所述处理端触发所述配置模块在m种配置模式中选择其中一种配置模式。

进一步地，所述处理端为pc端。

进一步地，所述步骤s01中所述配置模块向所述寄存器模块发送spi信号，控制其选择对应的寄存器模式。

进一步地，所述步骤s02中所述图像产生模块通过传输接口向所述接收处理模块发送图像，其中，所述传输接口包括数据传输接口，行选择接口和列选择接口。

本发明的有益效果为：本发明在fpga中设置配置模块和时钟模块，在图像传感器中设置寄存器模块，并且配置模块中存储的配置模式、时钟模块中存储的时钟模式和寄存器模块中存储的寄存器模式一一对应，通过配置模块控制寄存器模块和时钟模块先后选择对应的模式，从而使得图像传感器的传输帧率和fpga的处理速率在极短时间内先后发生改变，从而提升fpga对图像传感器的处理能力；由于本发明图像处理系统可以实时改变图像传感器的传输帧率和fpga的处理速率，并保持两者速率一致，本发明中fpga只包括时钟模块、配置模块和接收处理模块，避免了现有技术中需要增加ddr缓存器或者晶阵的问题，从而使得整个处理系统结构精简，还能确保数据处理的实时有效性。

附图说明

附图1为本发明一种动态图像处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

如附图1所示，本发明提供的一种动态图像处理系统，包括相互连接的图像传感器和fpga，图像传感器包括寄存器模块和图像产生模块，图像产生模块用于产生图像，寄存器模块中存储m种寄存器模式。其中，图像传感器具体可以采用isa8201芯片。

fpga包括时钟模块、配置模块和接收处理模块，接收处理模块用于接收图像产生模块发送的图像并对其进行处理，寄存器模块和时钟模块均连接图像产生模块，寄存器模块和时钟模块均连接配置模块，时钟模块中存储m种时钟模式，配置模块中存储m种配置模式；其中，m种寄存器模式、m种时钟模式以及m种配置模式一一对应；其中，m为大于等于2的整数。例如，若时钟模块配置10m、20m、30m和40m四种时钟模式时，配置模块以及寄存器模块均包含与上述四种时钟模式对应的四种配置模式和四种寄存器模式，其中，10m时钟模式表示10兆每秒的传输速率。

如附图1所示，具体连接关系为：fpga中的配置模块连接图像传感器中的寄存器模块以及fpga中的时钟模块，寄存器模块和时钟模块均连接图像传感器中的图像产生模块，图像产生模块连接fpga中接收处理模块；优选地，配置模块通过spi接口连接寄存器模块；优选地，图像产生模块和接收处理模块通过传输接口连接，且传输接口包括数据传输接口，行选择接口和列选择接口。本发明中系统还包括处理端，处理端连接fpga中的配置模块，用于触发配置模块的配置模式，从而引发图像传感器的传输帧率和fpga的处理速率的改变，具体的处理端可以为pc等等。

当本发明中系统开始进行图像处理时，fpga中配置模块在m种配置模式中选择其中一种配置模式，并将选择后的配置模式依次传输至寄存器模块和时钟模块，使得寄存器模块和时钟模块先后选择对应的寄存器模式和时钟模式；寄存器模块将选择之后的寄存器模式传输至图像产生模块，随后时钟模块将选择之后的时钟模式传输至图像产生模块，使得图像产生模块按照选择之后的时钟模式进行图像传输。

当需要改变图像传感器对fpga的传输速率时，fpga中配置模块在m中配置模式中切换至另外一种配置模式，，并将切换后的配置模式依次传输至寄存器模块和时钟模块，使得寄存器模块和时钟模块先后切换对应的寄存器模式和时钟模式；寄存器模块和时钟模块均连接至图像产生模块，并将切换之后的寄存器模式和时钟模式传输至图像产生模块，使得图像产生模块按照切换之后的时钟模式进行图像传输。

值得说明的是，本发明中fpga中配置模块切换配置模式之后，由于其连接时钟模块和寄存器模块，但是其作用在时钟模块和寄存器模块上的时间具有先后顺序，本发明确保选择或者切换之后的配置模块先作用在寄存器模块上，即确保配置模块先配置图像传感器，再对fpga进行配置；这是因为：先调节图像传感器的传输速率再调节fpga的处理速率可以确保调节过程平稳进行，若先调节fpga的处理速率再调节图像传感器传输速率会造成系统紊乱。具体的，配置模块对寄存器模块和时钟模块的先后作用可以通过如下方式完成：配置模块先在m种配置模式中选取一种配置模式，先将该配置模式传输至寄存器模块中，使得寄存器模块选择对应的寄存器模式，再将该配置模式传输至时钟模块中，使得时钟模块选择对应的时钟模式。

本发明提供的一种图像处理方法，包括如下步骤：

s01：当本发明中系统开始进行图像处理时，处理端触发fpga中配置模块在m种配置模式中选择其中一种配置模式(第一配置模式)，并将选择后的配置模式依次传输至寄存器模块和时钟模块，使得寄存器模块和时钟模块先后选择对应的寄存器模式(第一寄存器模式)和时钟模式(第一时钟模式)；具体的，配置模块向寄存器模块发送spi信号，控制其选择对应的寄存器模式。其中，处理端可以为pc端。

s02：寄存器模块和时钟模块均连接至图像产生模块，并将选择之后的寄存器模式(第一寄存器模式)和时钟模式(第一时钟模式)传输至图像产生模块，使得图像产生模块按照选择的时钟模式(第一时钟模式)进行图像传输。具体的，图像产生模块通过传输接口向接收处理模块发送图像，其中，传输接口包括数据传输接口，行选择接口和列选择接口。

s03：当图像传感器对fpga的传输速率需要改变时，处理端触发fpga中配置模块在m种配置模式中切换另外一种配置模式(第二配置模式)，并将切换后的配置模式依次传输至寄存器模块和时钟模块，使得寄存器模块和时钟模块先后切换对应的寄存器模式(第二寄存器模式)和时钟模式(第二时钟模式)；具体的，配置模块向寄存器模块发送spi信号，控制其切换对应的寄存器模式。

s04：寄存器模块和时钟模块均连接至图像产生模块，并将切换之后的寄存器模式(第二寄存器模式)和时钟模式(第二时钟模式)传输至图像产生模块，使得图像产生模块按照切换后的时钟模式(第二时钟模式)进行图像传输。具体的，图像产生模块通过传输接口向接收处理模块发送图像，其中，传输接口包括数据传输接口，行选择接口和列选择接口。

上述第一时钟模式、第一寄存器模式以及第一配置模式为对应的模式，第二时钟模式、第二寄存器模式以及第二配置模式为对应的模式，且仅仅为一种命名方式，本领域技术人员可以对上述对应的模式进行任何命名。

本发明在fpga中设置配置模块和时钟模块，在图像传感器中设置寄存器模块，并且配置模块中存储的配置模式、时钟模块中存储的时钟模式和寄存器模块中存储的寄存器模式一一对应，通过配置模块控制寄存器模块和时钟模块先后选择对应的模式，从而使得图像传感器的传输帧率和fpga的处理速率在极短时间内先后发生改变，从而提升fpga对图像传感器的处理能力；由于本发明图像处理系统可以实时改变图像传感器的传输帧率和fpga的处理速率，并保持两者速率一致，本发明中fpga只包括时钟模块、配置模块和接收处理模块，避免了现有技术中需要增加ddr缓存器或者晶阵的问题，从而使得整个处理系统结构精简，还能确保数据处理的实时有效性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。