[0031]然后，用求和函数sum()来计算P中值为I的像素点数目num，具体代码是:num =sum(sum (P))，既是连用两次求和函数将图像中数值的行和列分别加在一起，求出像素为I的总数num，再将总数num与设定的阈值T2 (即第二阈值)进行比较，比较结果用R表示，若总数大于T2，则将R置“O”用于表示物体是静态的，反之置R为“ I”表示物体是运动的；
[0032]最后，将值R通过传输通道模块反馈给FPGA模块，当FPGA模块接收到该反馈信号时，系统就会自动的做出从普通工作模式到高速工作模式的切换或是从高速工作模式至普通工作模式的切换。而工作模式切换的方向完全取决于反馈信号的值。
[0033]TDI工作模式与高速工作模式的切换关键在于物体的运动时间，一旦系统检测到物体的运动时间超过所设定的阈值T3 (即第三阈值)时，系统会从高速工作模式切换至TDI工作模式。运动时间检测是在系统工作在高速工作模式的基础上，再结合在FPGA模块内部设置的定时模块来实现。
[0034]当系统切换至高速工作模式时，FPGA模块立刻启动其内部设定好的定时模块，若物体运动的时间不超过定时模块中设定好的阈值T3时，系统的工作状态保持不变；若运动时间超过T3系统，则会从高速工作模式切换为TDI工作模式。若系统处在高速工作模式或是TDI工作模式时，只要帧间差分算法检测出物体是静止的，系统就会切换为普通工作模式。
[0035]传输通道模块采用了 Cypress公司的68013芯片，便于固件程序的开发的简化。固件主要实现如下功能:对USB设备进行列举与重新列举，需通过获取USB设备的描述符获得设备的配置信息和相关驱动信息JtUSB接口芯片各硬件单元进行初始化，主要包括设备描述符信息、设备功能代码和通信控制功能代码等部分；接受且识别PC上位机发出的命令控制字；使用SlaveFIFO从机模式从FPGA模块内的存储器读取数据。
[0036]上位机上的显示模块则用VB语言搭建出一个处理平台来显示采集数据，只需要在平台上设置相应的功能按钮，并调用USB缓存传送上来的数据即可。
[0037]FPGA模块:驱动时序电路用Verilog语言编写代码。通过设计基于FPGA的同步FIFO模块作为高速缓存器；FIFO模块具有两个特点:数据进出有序和输出输入口独立。高速模式会产生大量数据，因此，需要外部缓存模块，其可以暂时存储需要传输到上位机的大量数据，本设计的外部缓存模块采用的是传输通道模块内的FIFO。同时，本系统也会接收上位机传来的信号进行模式的自动切换。
[0038]上位机模块:采用传输通道模块来作为系统的通讯设备，将采集到的图像信息等传输到上位机中的用VB搭建的图像处理显示平台进行显示，又因为图像处理显示平台调用了 MATLAB所生成的用于检测运动目标的dll文件，所以，又可以在后台进行运动目标的检测及将检测结果反馈给FPGA模块，使之能进行自动切换模式的操作。
[0039]本发明的有益效果是，通过FPGA模块来实现驱动，该实现方法系统集成度高，组合逻辑能力较强，时序实现能力强，速度快，功耗低，可靠性好。其次，图像的采集有三种模式，并且能实现智能自动切换，使采集模式多样化，功能多样化和性能更完善，以及采集模式切换的更加智能。
[0040]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集系统，其特征在于，包括: 用于采集图像的、具有至少两种工作模式的CMOS采集模块； 用于驱动CMOS采集模块、对CMOS采集模块获取的信息进行缓存以及对CMOS采集模块进行工作模式切换处理的FPGA模块； 用于在CMOS采集模块与上位机之间或者在FPGA模块与上位机之间，进行信息传输的传输通道模块；以及 用于协同FPGA模块对CMOS采集模块进行工作模式切换处理的、呈现CMOS采集模块获取的图像的上位机。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集系统，其特征在于，所述CMOS采集模块具有普通工作模式、高速工作模式和TDI工作模式。
3.一种基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集方法，其特征在于，所述CMOS采集模块具有普通工作模式和高速工作模式，普通工作模式和高速工作模式的切换是通过以下步骤实现的: (1)将CMOS采集模块采集的图像转化为灰度图像，把t+Ι时刻的图像(x，y)处的灰度值I(t+1)减去t时刻的该点的灰度值I(t)，将上一步所得结果取绝对值后与第一阈值进行比较，当一帧图像处理完后，将得到一幅二值图像； (2)用求和函数来计算二值图像中值为I的像素点数目，既是连用两次求和函数将图像中数值的行和列分别加在一起，求出像素为I的总数，再将总数与设定的第二阈值进行比较，若总数大于第二阈值，则表示物体是静态的，反之，表示物体是运动的； (3)将表示物体是静态的比较结果通过传输通道模块反馈给FPGA模块，以使CMOS采集模块从高速工作模式切换至普通工作模式； 或者将表示物体是运动的比较结果通过传输通道模块反馈给FPGA模块，以使CMOS采集模块从普通工作模式切换至高速工作模式。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集方法，其特征在于，所述CMOS采集模块还具有TDI工作模式，高速工作模式和TDI工作模式切换是通过以下步骤实现的: 在步骤(3)之中，将表示物体是运动的比较结果通过传输通道模块反馈给FPGA模块，以使CMOS采集模块从普通工作模式切换至高速工作模式，FPGA模块启动其内部设定好的定时模块，对物体运动的时间与定时模块中设定好的第三阈值进行比较，进行步骤(4); 步骤(4)之中，若物体运动的时间不超过定时模块中设定好的第三阈值时，系统的高速工作模式保持不变；若物体运动的时间超过定时模块中设定好的第三阈值时，则CMOS采集模块从高速工作模式切换为TDI工作模式。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集方法，其特征在于，所述CMOS采集模块处于TDI工作模式时，一旦将表示物体是静态的比较结果通过传输通道模块反馈给FPGA模块，所述CMOS采集模块从TDI工作模式切换至普通工作模式。
6.根据权利要求4所述的基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集方法，其特征在于，所述TDI工作模式是通过8级TDI算法实现: (1)先计算出CMOS采集模块行转移时间与帧频之间的关系，它们必须满足F〈8/(640*60)这个关系式，式中F为行转移时间，8为积分级数，60为帧频，640为输出图像的分辨率的列值； (2)接着用FPGA模块内部开辟7个RAM用于存储CMOS图像传感器采集到的数据，同时FPGA模块控制CMOS图像传感器工作； (3)然后利用FPGA模块控制数字域各帧像素阵列列向对应像素逐行叠加，以将8次曝光的结果进行累加，得到时间延迟积分图像。
7.根据权利要求4所述的基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集方法，其特征在于，所述CMOS采集模块处于TDI工作模式时，所述CMOS采集模块的曝光方式采用的电子卷帘快门方式。
8.根据权利要求3所述的基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集方法，其特征在于，所述普通工作模式驱动步骤包括: 步骤1，上电延时以使系统处于稳定状态； 步骤2，通过SCCB协议配置CMOS图像传感器的寄存器，使之正常工作； 步骤3，直接把采集到的数据送入传输通道模块的FIFO缓存即可； 步骤4，将数据传送到上位机，即实现普通工作模式下的视频采集。
9.根据权利要求3所述的基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集方法，其特征在于，所述高速工作模式驱动步骤包括: 步骤1，上电延时以使系统处于稳定状态； 步骤2，然后在FPGA模块中开辟同步FIFO用于数据缓存，再将该FIFO内的数据传入传输通道模块； 步骤3，当写入传输通道模块的字节数等于端点的容量后，传输通道模块会把该数据打包后送至上位机。
10.根据权利要求3所述的基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集方法，其特征在于，所述普通工作模式和高速工作模式的切换利用了上位机的MATLAB软件来实现。
【专利摘要】本发明提供了一种基于FPGA的面阵CMOS图像传感器多模式自动切换采集系统，包括：用于采集图像的、具有至少两种工作模式的CMOS采集模块；用于驱动CMOS采集模块、对CMOS采集模块获取的信息进行缓存以及对CMOS采集模块进行工作模式切换处理的FPGA模块；用于在CMOS采集模块与上位机之间或者在FPGA模块与上位机之间，进行信息传输的传输通道模块；以及用于协同FPGA模块对CMOS采集模块进行工作模式切换处理的、呈现CMOS采集模块获取的图像的上位机。
【IPC分类】H04N5-374, H04N5-232
【公开号】CN104836959
【申请号】CN201510249504
【发明人】张准, 邹坚, 杨伟庆, 王超, 唐熙文, 何建龙, 吕晓旭
【申请人】华南师范大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月15日