一种多路微光图像采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及图像采集技术领域，具体涉及一种多路微光图像采集装置。


背景技术：

2.随着现代图像及视频处理技术的不断发展，图像逐渐成为了人们获取外界信息的主要手段之一，因此对图像采集系统提出了更高的要求，为了获得更加完整的环境图像信息，对全景图像的需求也提出了更高的要求。当前市面上拥有微光图像采集设备相对较少，几乎无法满足光照强度相对较弱的环境下图像信息采集。
3.针对上述问题，急需满足在低照度环境下全景图像信息采集的一种高清全景微光图像采集装置。


技术实现要素：

4.本实用新型是为了解决低照度环境下全景图像信息的采集的问题，提供一种多路微光图像采集装置，多路微光图像数据采集前端包括五路cmos微光图像传感器，图像数据存储模块将采集的五路微光图像数据按每个图像传感器标识存储到存储器中；接口控制模块是按照当前接口协议，将图像数据按照对应接口的协议格式送到图像显示终端。本实用新型同时可以对五路cmos图像传感器进行配置，实现360度的图像数据采集及显示，能够获取低照度环境下图像信息并在显控终端进行显示，极大地提高低照度环境下图像信息的采集。
5.本实用新型提供一种多路微光图像采集装置，包括电连接的多路微光图像数据采集前端、图像数据存储模块和与微光图像数据采集前端依次电连接的接口模块、图像显示终端；
6.多路微光图像数据采集前端包括依次电连接的光学阵列、模拟处理模块、数字处理模块和与数字处理模块电连接的时钟单元；
7.光学阵列包括均匀排列为圆形结构分布在待采集环境四周的至少两个微光图像传感器和设置在每一个微光图像传感器一侧的光照传感器，微光图像传感器设置i2c接口。
8.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，多路微光图像数据采集前端还包括i2c寄存器配置模块。
9.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，微光图像传感器为cmos微光图像传感器2m4u。
10.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，微光图像传感器的数量为5个，每个微光图像传感器均按所在行、列设置位置信息。
11.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，数字处理模块可输出一路微光图像传感器的数字图像信号、也可以同时输出全部微光图像传感器的数字图像信号；
12.数字处理模块输出的格式为mipi，每一路数字图像信号的分辨率为1920*1080@
25hz，图像显示终端显示的分辨率可为 1920*1080@80fps。
13.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，还包括设置在微光图像数据采集前端和接口模块之间的图像数据处理模块，图像数据处理模块为fpga；
14.微光图像数据采集前端还包括与光学阵列、模拟处理模块、数字处理模块、数时钟单元均电连接的系统控制模块，模拟处理模块、数字处理模块和系统控制模块均为所述fpga。
15.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，微光图像传感器通过i2c接口与fpga处理板连接。
16.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，微光图像传感器的随路时钟和工作时钟与fpga处理板的全局时钟引脚连接。
17.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，图像数据处理模块包括与多路微光图像数据采集前端电连接的采集控制模块，系统时钟，与接口模块电连接的数据处理控制模块，prom 模块和与图像数据存储模块电连接的数据存储模块；
18.数据处理控制模块通过接口模块与图像显示终端相连，数据存储模块与图像数据存储模块同步进行存储与读取。
19.本实用新型所述的一种多路微光图像采集装置，作为优选方式，图像数据存储模块为三片ram芯片is66wvh8m8all/bll；
20.接口模块包括usb模块，usb模块为usb3.0。
21.对五路微光图像采集前端，可选择五路中的任意一路进行图像信息采集，而且可以实现五路微光图像传感器同时采集周围环境的图像信息，并将五路图像信息顺序上传到图像显示终端进行显示。
22.图像数据处理模块通过接收微光图像采集前端输出的行信号、场信号以及图像数据的随路时钟等信号，来进行每一帧图像信息的接收与存储。
23.数据存储模块可将所述图像处理模块处理后的图像数据进行缓存处理。
24.图像显示终端可在线配置五路微光图像采集前端的任意一个图像传感器，可实现不同角度的图像信息采集，而且可以同时实现360 度无死角图像信息采集，并顺序上传到上位机进行显示。
25.通过fpga实现图像数据采集与处理。
26.图像采集前端可通过自动曝光以及自动增益控制，实现曝光强度的调整，提高在不同光照强度环境下多路微光图像采集装置的适应性。
27.本实用新型具有以下优点：
28.(1)本实用新型根据微光图像传感器的视场角范围，采用了五路微光图像传感器实现360度无死角进行图像信息采集，而且选择可适应低照度环境下的微光图像传感器2m4u进行图像信息采集，为了增强图像采集装置的可靠性以及图像信息采集的清晰度，给每一路微光图像传感器配套一个光照传感器感知当前环境的光照强度，来控制微光图像传感器的曝光时间以及增益大小。
29.(2)为了解决多路微光图像采集与显示的问题，本实用新型采用多片工业级的数据存储芯片is66wvh8m8all/bll实现高速数据的缓存，既满足了多路微光图像采集装置的处理能力，又提高了整个装置的性能。
30.(3)本实用新型的图像显示终端与多路微光图像采集处理装置之间通过usb3.0连接。
31.(4)本实用新型的图像采集模块与图像处理模块均在一块 fpga板上实现，对低于200lx的照度环境下，输出画面清晰可见。
32.(5)本实用新型的图像采集前端中，单路微光图像采集最高可实现1920*1080@80hz的图像分辨率，因此可以在常态系统采集时，可以360度循环采集输出，当发现对应方向有敏感信息或者重点需要关注的目标，可以通过图像显示终端进行配置接收对应方向的图像信息，这样既提高了系统的利用率又可以针对重点目标进行重点信息采集，本实用新型集成度高，从而使整个装置的体积小，重量轻，功耗低。
附图说明
33.图1为一种多路微光图像采集装置实施例1框图；
34.图2为一种多路微光图像采集装置实施例1微光图像采集前端的数据流向以及内部功能模块示意图；
35.图3为一种多路微光图像采集装置实施例2～3框图；
36.图4为一种多路微光图像采集装置实施例2～3微光图像采集前端的数据流向以及内部功能模块示意图；
37.图5为一种多路微光图像采集装置实施例2～3的总体框图；
38.图6为一种多路微光图像采集装置实施例2～3的硬件部分示意图。
39.附图标记：
40.1、多路微光图像数据采集前端；11、光学阵列；12、模拟处理模块；13、数字处理模块；14、时钟单元；15、i2c寄存器配置模块；16、系统控制模块；2、图像数据存储模块；3、接口控制模块；4、图像显示终端；5、图像数据处理模块；51、采集控制模块；52、系统时钟；53、数据处理控制模块；54、prom模块；55、数据存储模块。
具体实施方式
41.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
42.实施例1
43.如图1所示，一种多路微光图像采集装置，包括电连接的多路微光图像数据采集前端1、图像数据存储模块2和与微光图像数据采集前端1依次电连接的接口模块3、图像显示终端4；
44.如图2所示，多路微光图像数据采集前端1包括依次电连接的光学阵列11、模拟处理模块12、数字处理模块13和与数字处理模块13 电连接的时钟单元14；
45.光学阵列11包括均匀排列为圆形结构分布在待采集环境四周的至少两个微光图像传感器和设置在每一个微光图像传感器一侧的光照传感器，微光图像传感器设置i2c接口。
46.实施例2
47.如图3所示，一种多路微光图像采集装置，包括电连接的多路微光图像数据采集前端1、图像数据存储模块2，与微光图像数据采集前端1依次电连接的接口模块3、图像显示终端4和设置在微光图像数据采集前端1和接口模块3之间的图像数据处理模块5；
48.如图4所示，多路微光图像数据采集前端1包括依次电连接的光学阵列11、模拟处理模块12、数字处理模块13和与数字处理模块13 电连接的时钟单元14，i2c寄存器配置模块15和与光学阵列11、模拟处理模块12、数字处理模块13、数时钟单元14均电连接的系统控制模块16，模拟处理模块12、数字处理模块13和系统控制模块16均为fpga；
49.光学阵列11包括均匀排列为圆形结构分布在待采集环境四周的至少两个微光图像传感器和设置在每一个微光图像传感器一侧的光照传感器，微光图像传感器设置i2c接口；
50.微光图像传感器为cmos微光图像传感器2m4u；
51.微光图像传感器的数量为5个，每个微光图像传感器均按所在行、列设置位置信息；
52.数字处理模块13可输出一路微光图像传感器的数字图像信号、也可以同时输出全部微光图像传感器的数字图像信号；
53.数字处理模块13输出的格式为mipi，每一路数字图像信号的分辨率为1920*1080@25hz，图像显示终端4显示的分辨率可为 1920*1080@80fps；
54.图像数据处理模块5为fpga；
55.微光图像传感器通过i2c接口与fpga处理板连接；
56.微光图像传感器的随路时钟和工作时钟与fpga处理板的全局时钟引脚连接；
57.如图5所示，图像数据处理模块5包括与多路微光图像数据采集前端1电连接的采集控制模块51，系统时钟52，与接口模块3电连接的数据处理控制模块53，prom模块54和与图像数据存储模块2 电连接的数据存储模块55；
58.数据处理控制模块53通过接口模块3与图像显示终端4相连，数据存储模块55与图像数据存储模块2同步进行存储与读取；
59.如图6所示，图像数据存储模块2为三片ram芯片 is66wvh8m8all/bll；
60.接口模块3包括usb模块，usb模块为usb3.0。
61.实施例3
62.如图3所示，一种多路微光图像采集装置，包括五个微光图像传感器，分布于360
°
的圆形结构内，然后通过fpcb连接于fpga图像采集模块5上，图像采集模块5接usb3.0接口连接线3，连接于图像显示终端4进行图像信息的显示。
63.如图4所示，多路微光图像数据采集前端1包括光学阵列11、模拟处理模块12、数字处理模块13、时钟单元14、i2c寄存器配置模块15以及系统控制模块16等，上电完成后，多路微光图像数据采集前端1根据上次断电结束后的配置信息，进行当前图像数据采集与转换；系统控制模块16通过接收行场信息进行图像帧采集与处理，将每一帧图像信息送到模拟处理模块12；模拟处理模块12进行图像数据的组帧传输，将模拟数据送到数字处理模块13；数字处理模块 13进行模数转换，将模拟的图像信息转换为数字图像信息，通过mipi 接口输出；在整个过程时钟单元其非常重要的作用，为每个模块提供工作时钟，对整个图像采集前端起到高度同步的作用。
64.如图4所示，微光图像传感器将采集到的图像以mipi格式输出图像信号，图像信号分辨率为1920*1080@25hz，可同时采集五路微光图像；当通过显控终端配置成一路微光图像进行采集时，最高分辨率可达1920*1080@80fps。
65.如图5所示，数据处理模块2内部有独立的时钟单元52，对整个模块进行时钟分配，通过fpga内部的mmcm进行时钟分配给其他各个模块，进行系统复位，工作时序的配置。
66.如图6所示，可对每路微光图像传感器进行配置，通过i2c接口连接到fpga处理板上，接收显控终端下发的配置信息，然后通过单总线i2c对每个微光图像传感器进行配置，可配置信息包括片选信号，曝光时间，分辨率等，针对每一路微光图像传感器进行单独配置，当采用360
°
循环采集时，通过微光图像传感器的实际标号，对五路微光图像传感器采集的图像信息进行顺序存储或读取。
67.如图6所示，图像数据存储模块3采用三片工业级低功耗ram 芯片is66wvh8m8all/bll通过位宽扩展实现高速数据的缓存，为了提高数据的存储效率，在fpga处理模块中增加了数据同步存储的处理方式，确保三片ram芯片的存储与读取是同步进行的，最终保证数据正确性以及读取的速度。
68.微光图像传感器采用的是2m4u微光图像传感器，具有高光敏度、高动态范围(支持两或三重曝光行间宽动态)、高信噪比、支持高速 dpc、支持外部控制帧率以及多sensor同步、水平或垂直窗口调整、水平或垂直窗口翻转以内部拥有温度传感器等特性；像素尺寸为4.0 um
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4.0um；镜头光学尺寸为1/1.8＂；灵敏度为10800mv/lux﹒s；信噪比为43db。目前2m4u是监控相机领域先进的数字cmos图像传感器，最高支持1920h
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1080v@90fps的数传速率。2m4u输出raw 格式图像，有效像素窗口为1920h
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1080v，支持复杂的片上操作—例如窗口化、水平或垂直镜像化等。2m4u可以通过标准的i2c接口进行配置，通过efsync引脚实现外部控制帧率及多sensor同步。
69.五路微光图像传感器直接连接到fpga上，其中微光图像传感器的随路时钟以及工作时钟连接于fpga的全局时钟引脚上，其他引脚均可连接到fpga的普通io引脚上，i2c的sda和clk引脚需要采用3.3v进行电平上拉；为了提高每个模块供电的可靠性以及每部分电源的独立性，五路微光图像采集前端以及图像数据存储模块3均采用独立的电源芯片进行对模块供电。
70.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。