图像采集范文

图像采集范文（精选11篇）

图像采集 第1篇

铁路综合视频监控系统是铁路安全防范系统的重要组成部分, 系统以直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来, 随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展, 铁路综合视频监控技术也有了长足的发展。

铁路综合视频监控系统包括前端采集设备、传输设备、处理/控制设备和记录/显示设备4部分, 采用PAL电视制式。根据《铁路综合视频监控系统技术规范 (试行) 》, 前端采集设备的定义为“设置在视频采集点的摄像机及与之配套的附属设备等, 用于对视频图像信息进行采集”。

视频图像采集技术按照成像原理可分为可见光视频图像采集技术和夜视条件下视频图像采集技术两大类。夜视技术又可以细分为微光夜视技术、雷达技术及红外成像技术。几种主要技术的成像光谱对比见图1。

2 可见光视频图像采集技术

可见光成像技术是建立在光学技术与半导体、微电子技术、信号处理技术等基础上的成像技术, 其性能受光学镜头、成像器件和信号处理的制约。可见光视频图像采集设备主要包含光学镜头和摄像机两部分。

2.1 光学镜头

光学镜头主要用来采集监控目标反射回来的可见光, 并将此传送至摄像机的光电传感器上。其主要技术指标包括:镜头尺寸、焦距、变倍、光圈。

镜头尺寸:需与摄像机的成像靶面尺寸相匹配, 一般分为1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等几种。

焦距:焦距的大小决定视场角的大小。焦距数值小, 视场角大, 所观察的范围也大, 但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大, 视场角小, 观察范围小, 只要焦距选择合适, 即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的, 一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角, 所以在选择镜头焦距时, 需同时考虑观测细节和观测范围两个因素。如果要看细节, 则选择长焦距镜头;如果看近距离大场面, 则选择小焦距的广角镜头。根据监控目标的远近可选用不同焦距的镜头, 在铁路综合视频监控系统中一般分为短距镜头 (监控目标在200~300 m以内) 、中距镜头 (监控目标在500~800 m以内) 和长距镜头 (监控目标在1 000 m以上) 。

变倍:变倍镜头分为手动和电动两种, 手动变倍镜头一般用于监控目标距离较近的场景, 如公跨铁桥梁监控点等。在监控很大的场面时, 摄像机通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的优势是变焦范围大, 既可以看大范围的情况, 也可以聚焦某个细节, 再加上云台可以上下左右的转动, 可视范围非常大。根据监控范围的大小, 电动镜头一般分为6倍、10倍、20倍等多种倍率。

光圈:光圈指数一般用F表示, 以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。光通量与F值的平方成反比关系, F值越小, 光通量越大, 成像靶面上的照度也就越大。镜头按光圈分为手动光圈镜头和自动光圈镜头。手动光圈镜头适合亮度变化不大的场合, 它的进光量通过镜头上的光圈环调节, 一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整, 用于室外、入口等光线变化大且频繁的场合。在铁路综合视频监控系统中均使用自动光圈镜头。自动光圈镜头目前分为两类:一类称为视频驱动型, 镜头本身包含放大器电路, 用以将摄像机传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制;另一类称为直流驱动型, 利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈。

2.2 摄像机

摄像机基本原理:把光学图像信号转变为电信号, 以便于存储或传输。监控目标反射的光被摄像机镜头收集, 使其聚焦在摄像管的成像靶面上, 再通过摄像器件把光转变为电能, 即得到了“视频信号”。光电信号很微弱, 需通过预放电路进行放大, 再经过各种电路进行处理和调整, 最后得到的标准信号可以输出至传输设备或显示设备。

摄像机由两部分组成:光电传感器及数字电路。其中光电传感器是摄像机的核心部件, 把光图像转变成视频电信号, 一般分为两种, 即CCD (电荷耦合器件, Charge Coupled Device) 和CMOS (互补性氧化金属半导体, Complementary Metal Oxide Semiconductor) 。在铁路综合视频监控系统中, 目前采用的摄像机均为CCD摄像机, 其主要技术指标包括:CCD尺寸、水平分辨率、电子快门、感光度。

CCD尺寸:一般分为1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等几种。

水平分辨率:主要由C C D的分辨率决定, 目前在铁路综合视频监控系统中应用的主流摄像机的分辨率在44万像素左右, 水平分辨率达到480 TVL, 540 TVL及620 TVL。

电子快门:快门是控制曝光时间的指标, 一般而言快门的时间范围越大越好。秒数高, 曝光时间长, 适合在光照不足的条件下应用;秒数低, 曝光时间短, 适合拍运动中的物体, 在铁路综合视频监控系统中, 快门速度达到1/100 000 s的摄像机已广泛应用。

感光度:摄像机成像所需的最低光照度, 一般分为以下3种:普通型, 正常工作所需照度为1~3 Lux (勒克斯) ;月光型, 正常工作所需照度为0.1 Lux左右;星光型, 正常工作所需照度为0.01 Lux以下。

3 夜视视频图像采集技术

在视频监控系统中, 与可见光条件下的视频图像采集相比, 夜视条件 (夜间增加可见光照明条件的视频图像采集可以理解为在可见光条件下的视频图像采集) 下的视频图像采集无疑是技术难点。

3.1 微光夜视技术

微光夜视技术是用电真空和电子光学等技术, 实现光子图像—电子图像—光子图像的转换, 在转换过程中, 通过对电子图像的增强实现对光子图像的增强, 进而达到在有微弱光线照明下的夜间观察的一种技术。此种技术在全黑的条件下不能应用。其工作原理为:景物反射的微弱可见光和近红外光汇聚到光电阴极上, 光电阴极受激向外发射电子, 实现把景物的光强分布图像变成与之对应的电子数密度分布图像;在电子光学部件中, 输入一个电子, 可以输出成千上万个电子, 因此, 光电阴极的电子数密度分布图像就被成千上万倍的增强了;最后, 经过倍增的大量电子轰击荧光屏, 实现电子图像—光子图像的转变, 得到增强微光图像供人眼观察。

3.2 雷达技术

成像雷达又称合成孔径雷达, 雷达天线尺寸就是其工作波长的尺寸量级, 波长越长, 雷达天线的尺寸就越大;目标的散射截面是决定雷达探测距离关键因素之一, 一般情况下, 目标的散射截面与目标的尺寸相关, 尺寸越大, 散射截面就越大;雷达的空间分辨力与工作波长有关, 工作波长越长, 空间分辨力越差, 此技术可以达到米级的分辨力。

3.3 红外成像技术

红外成像技术分为被动红外成像技术和主动红外成像技术两大类, 此两种技术均已在铁路综合视频监控系统中应用。

3.3.1 被动红外技术

被动红外成像技术利用景物自身发射的热辐射成像, 又称为热成像技术。能够摄取景物红外辐射分布图像、并将其转换为人眼可见图像的装置就是红外热成像系统 (简称热像仪) 。热成像技术是综合利用红外物理和技术、半导体、微电子、真空、低温制冷、精密光学机械、电子学、信号处理、计算机、系统工程等获取景物的热辐射图像, 并将其转变成电信号, 再用处理后的电信号驱动显示器, 产生可供人眼观察热图像的一门技术。

红外探测器是热成像系统的核心, 主要分为两类:制冷型 (基于光子探测) 和非制冷型 (基于热探测) 。尽管前者 (或者为光电探测器, 或者为光伏器件) 被认为是实际应用中最佳的红外热探测技术, 但其制造和使用成本较高, 寿命短。与制冷红外探测器相比, 非制冷红外探测器不需要在系统中安装制冷装置, 因此尺寸较小、重量较轻且功耗较低。此外, 与制冷型光子探测器相比可提供更宽的频谱响应和更长的工作时间。因此, 在铁路综合视频监控系统中应用的也是非制冷型的探测器。

目前主流产品的红外探测器分辨率为320×240, 配合不同焦距的红外镜头, 探测距离最远可达到1 000 m。但与可见光和主动红外成像技术相比, 热成像技术不能采集监控目标的细节信息, 只能显示轮廓, 因此适合与视频内容分析配合使用。

3.3.2 主动红外成像技术

主动红外成像技术指选用感红外彩转黑摄像机及感红外镜头并配置红外光源进行视频图像采集, 摄像机利用红外光源照射监控目标之后反射回来的红外光成像。目前主流的红外光源主要集中在850 nm和940 nm两个波段, 其中850 nm的红外光源会产生红曝, 即有可见的红光, 因此在铁路综合视频监控系统中普遍采用940 nm波段的红外光源。此类红外光源主要分为以下3种:

卤素灯泡加滤光片:照射距离较远, 功率较大, 但能量损失也大, 因为加有滤光片, 大部分可见光被滤掉而转变成热能, 所以这种红外灯寿命较短, 因此应用较少。

激光管:功耗低但能量集中, 照射距离最远 (可达到1 000 m) , 但角度很小, 一般配合云台及变焦感红外镜头使用。

LED发光二级管:应用比较广泛, 单管寿命长, 但整体功率较大且照射范围较小, 一般在100 m以内。

4 小结

综上所述, 可见光视频图像采集主要在自然光照条件及可见光光源照射条件下应用, 夜视技术主要在夜间微弱可见光或无可见光条件下应用。

目前铁路综合视频监控系统应用的视频图像采集技术已包含可见光视频图像采集技术、被动红外成像技术及主动红外成像技术。在选用视频图像采集技术时, 应结合视频采集点的光照条件、用户对视频图像的观察效果需求、投资等因素, 进行综合考虑, 合理选择。

参考文献

[1]TB 10085-2009铁路图像通信设计规范[S]

[2]GB 50395-2007视频安防监控系统工程设计规范[S]

图像信息的采集与加工 第2篇

图像信息的采集与加工

冠县一中

骆 伟

一、教学目标

本节课从表达信息的需求出发，介绍图像合成的相关知识与技能。以制作图像作品为例，引领学生经历创作图像作品的实践活动过程，逐步掌握利用图像合成突出主题，表达信息的基本方法。

1．知识与技能

（1）掌握图像合成一些基本方法；

（2）理解图层的概念。

2．过程与方法

（1）能根据表达、交流或创作的需要，选择适当的媒体和工具完成图像作品，用以呈现信息、交流思想；

（2）能对采集的图像素材进行加工编辑，表达自己的主题思想。

3．情感态度与价值观

（1）经历创作图像作品的过程，形成积极主动学习和利用图像处理技术，参与图像作品创作的态度，培养学生的创新能力，表达能力；

（2）能理解并遵守相关的伦理道德与法律法规，认真负责地利用作品进行表达和交流，树立健康的信息表达和交流意识。

4．教学重点

掌握图像合成的一些基本方法。

5．教学难点

理解图层的概念。

二、教学内容分析

本节内容是教育科学出版社《信息技术基础》教材第五章中的内容。本节具体学习内容为 ：图像的独特魅力、图像的采集与加工。为了既让学生掌握基本操作、基本技能，又能培养学生信息技术素养，我对本节内容进行了处理，并使教学过程遵从：

1．教学过程是以教师为主导、学生为主体的过程，新课程尤其强调学生的主体性，使学生养成良好的思想品德，形成正确的人生观、世界观和价值观，培养学生的主动性、独立性、创造性、自信心、实际动手能力等。

2．防止只强调学生通过自己探索去发现、积累知识，忽视书本知识的学习和教师的系统讲授；防止只强调传授知识，忽视思想品德教育。

3．传授给学生的知识应是规律性的知识；在一定时间范围内所学的知识的量要适当；采用启发式教学。

4．科学性与教育性相结合原则；理论联系实际原则；直观性原则；循序渐进原则；巩固性原则；因材施教原则。

三、教学组织

本节以演示典型作品和主题式任务组织教学，在活动任务中体现分层次和探究式教学。

四、教学过程

（一）情景导入激发兴趣：

1．让学生去观看优秀图像作品，以学生为主体创设特定的情境，感受图像的丰富视觉效果，激发学生学习、操作的动力和积极性。2．提出本节课要求：自己动手合成精美图像。

（二）教学内容： 1．获取数字化图像的途径

将传统照片数字化（扫描仪）使用数码相机拍摄

从网络或其他数字化资源库中获取需要的图像素材 从影像资料中捕获 2．图像的加工工具 简易型图像软件：画图

普及型图像软件：ACDSee、Flash 专业型图像软件：Photoshop、AutoCAD 3．认识Photoshop软件工具 4．课堂演示及引导

演示样例：以“地球——我们的家园”这题，引出如何利用图像的合成技术，更好地表达信息，接着引出图像的合成操作所涉及的知识点及技能，教师以流程形式给出图像工具的图标、名称和属性功能，跟学生分析各个图像元素是用了哪些工具从原始图中选取出来的，然后进行加工，最后合成及保存作品。具体操作主要看教师演示。做到从表达信息的需求出发，介绍图像合成的相关知识与技能。以制作图像作品为例，引领学生经历创作图像作品的实践活动过程。

任

务：

第一步、打开Photoshop软件，新建一幅768×1024像素的空白图像，保存该文件

第二步、将素材中重点的图像“剪”到白纸上。主要运用到矩形选框工具、魔棒工具、磁性套索工具。

第三步、重新命名各图层

第四步、调整尺寸大小，利用移动工具调整作品各对象的位置。

第五步、进步润色作品，加入文字，增加背景图层。使用到文字工具、渐变工具 第六步、美化完成作品。综合练习：

教师在“图像”文件夹下提供了大量的素材。大家充分利用老师提供的素材，通过小组间互帮互评的办法进一步完善自己的图像，使自己的图像最美。（进一步强化学生的审美能力和规化能力）

教师巡视，随时解决学生在学习过程中遇到的问题，并注意收集有共性的问题，同时调控整个班级情况，密切注意学生动向并及时反馈，营造一种竞争的课堂教学环境。

教师在学生介绍后多给学生正面评价，充分肯定其学习成果，展示几个好的作品，激发学生兴趣，鼓励各小组间互评，解决共性问题。

课堂小结

这节课的重点及难点。图像有很好的表达效果，但是我们在选择时，一定要根据主题和表达的需求，恰当地选择媒体，才能达到最佳效果。

作

业

图像采集 第3篇

随着卫星遥感相机朝着高分辨力、宽覆盖等方向发展,急剧增加的遥感图像数据量给存储及传输带宽带来了巨大压力,星载遥感图像采集和缓存是空间技术应用中的关键技术之一[1,2]。同步动态随机存储器SDRAM的控制器设计虽然比较复杂,但是方式灵活,可以最大限度地节约资源,达到更高的图像数据传输率[3,4,5,6]。考虑到大面阵CCD的图像数据量非常大且采用4个象限同时输出,采集得到的图像要进行数据重组,因此在进行图像压缩和显示之前必须要缓存图像数据。图像缓存在整个系统起着重要的衔接作用,面阵CCD485的有效像素为4 k×4 k,每一个像素量化后的数据位宽为8 bit,因此一帧图像的数据量为16 Mbyte,这么大的容量非常适合用SDRAM来实现。本文中使用了2块三星(SAMSUNG)公司生产的SDRAM作为图像缓存,型号为K4H560838D,存储容量为32 M×8 bit,该系统每帧能缓存的最大数据量可达到32 Mbyte,系统硬件框图如图1所示,系统主要由CCD视频信号处理器、核心控制器FPGA、图像缓存SDRAM、高速并行数字差分接口、高速图像采集卡和图像存储和显示等组成。

1 SDRAM简介

SDRAM的存储单元由一个MOS管和一个容量较小的电容器组成,如图2所示。它的存储数据的原理主要是利用电容器的电荷存储效应来实现。当电容充有电荷,即充电的电容时,呈现高电压,在数字电路中,相当于存有逻辑“1”,反之,当电容没有电荷,即放电的电容时,呈现低电压,在数字电路中,相当于存有逻辑“0”,MOS管相当于开关,所以,电容器上不能长期地保存存储的电荷,因此必须定期给电容补充电荷,以免数据丢失,这个过程即为对SDRAM的存储单元的刷新或再生的操作。SDRAM的4种基本操作为初始化、刷新、读和写操作。

2 设计SDRAM控制器

该SDRAM控制器与外部接口信号SDRAM结构框图 如图3所示,使用2片三星公司生产的K4H560838D作为数据缓存。

SDRAM控制器左端的接口信号是与系统主机相连接的信号,其中,SYS_CMD为系统主机发给SDRAM的指令信号,SYS_CLK为系统主机的时钟信号,SYS_CMDACK为SDRAM接收到系统主机指令后返回给主机的信号,SYS_ADDR为SDRAM控制器的地址信号,SYS_DATAIN为写入SDRAM控制器的存储数据信号,SYS_DATAOUT为系统主机接收SDRAM控制器的数据信号, SYS_DM为系统主机给出的字节屏蔽信号,控制器右端的接口信号是直接与SDRAM对应管脚相连的信号,ADDR为控制器送给SDRAM的地址信号,DQ用于连接SDRAM的数据线,BA为SDRAM的块选择信号,RAS和CAS分别为SDRAM的行地址和列地址使能信号,CS和WE分别为SDRAM的片选和写信号,CLK和CKE分别为SDRAM的时钟和时钟使能信号,DQM为SDRAM的数据掩码。

SDRAM指令即CMD指令解析如表1所示。

SDRAM控制器的状态机如图4所示,SDRAM控制器平时处于IDLE状态,根据系统指令进入PRECHARGE,LOAD_MR,AUTO_REFRESH和读写状态。

其中,在执行LOAD_MR指令时,是将寄存器的数据存入到SDRAM的模式寄存器中,从而控制SDRAM的工作模式。寄存器预设用户定义的SDRAM的刷新周期。其中,读写状态如图5所示。

对读写操作,控制器先进入ACT(行有效)。执行写操作时,控制器需要检查RAS_TO_CAS delay结束标志和突发结束(burst end)标志。写操作需要3种状态:WRITE_W,WRITE_C和WRITE。状态WRITE_W用于查询rcd_end标志,状态WRITE_C发送第一个数据和WRITE指令到SDRAM中,状态WRITE继续发送数据直到突发结束。执行读操作时,除了检查RAS_TO_CAS delay和突发结束标志以外,控制器也需要检查CAS latency。读操作需要4种状态:READ_W,READ_CS,READ_C和READ。状态READ_W用于查询rcd_end标志,状态READ_CS满足RAS_TO_CAS delay,状态READ_C发送READ指令到SDRAM中,状态READ继续读取数据直到突发结束。

3 SDRAM控制器的读写操作仿真时序

由于本系统采用的SDRAM为K4H560838D,存储容量为32 M×8 bit,分为4个Bank,每个Bank容量为8 M×8 bit,每个Bank的行地址和列地址分别为13位和10位,即每个Bank是由8 k行和1 k列的存储单元阵列组成。SDRAM控制器设定SYS_ADDR共25位地址信号,其中SYS_ADDR[24:23]映射到SDRAM的4个Bank,SYS_ADDR[22:10] 映射到SDRAM的行地址,SYS_ADDR[9:0]映射到SDRAM的列地址。SDRAM控制器的读写操作仿真时序如图6和图7所示,图中SYS_ADDR为0x080280A(0100000000010100000001010),由上面映射可知,分别是对第2个Bank中起始行地址为0x0A(0000000001010),起始列地址为0x0A(0000001010)的存储单元进行8 byte的突发读写操作。由于行地址和列地址共同占用SDRAM_ADDR,所以采用 SDRAM_RAS和SDRAM_CAS信号来区分SDRAM_ADDR上是行地址还是列地址,两者均为低电平有效。contrl_state为SDRAM控制器的内部状态,状态转移完全符合图4和图5。

4 结论

本文首先介绍了SDRAM的存储原理和基本操作,提出了一种能满足遥感图像采集中的SDRAM图像缓存技术,对于面阵大小为4 k×4 k,每一个像素量化后的数据位宽为8 bit,一帧图像的数据量为16 Mbyte的遥感图像实时采集和缓存。实验结果表明,采用SDRAM作为高速、大容量的中间缓存优势相当明显,而且在FPGA中设计,对SDRAM的访问速度和存储位宽改变非常方便。

摘要：提出了一种高速的图像采集方案,此方案同样适用于线阵CCD和其他类型面阵CCD,真正满足了高速、实时地采集和显示图像的要求。使用了2块三星公司生产的SDRAM作为图像缓存,型号为K4H560838D,能够较好地完成图像缓存任务。

关键词：SDRAM控制器,高速图像采集,面阵CCD,图像缓存

参考文献

[1]张浩,张育林.卫星遥感图像数据压缩质量评价研究[J].中国空间科学技术,2007(2):55-60.

[2]刘荣科,张晓林,廖小涛.星载遥感图像压缩编码技术综述[J].遥测遥控,2004,25(2):7-12.

[3]王明富,杨世洪.大面阵CCD图像实时显示系统中的SDRAM控制器设计[J].计算机应用,2009,5(5):1449-1451.

[4]苏海冰,吴钦章.用SDRAM在高速数据采集和存储系统中实现海量缓存[J].光学精密工程,2002,10(5):462-465.

[5]吴子彧,余松煜,管云峰,等.基于卷积交织的SDRAM控制器的设计[J].电视技术,2006,30(12):29-31.

《图像信息的采集与加工》教学设计 第4篇

教学目标

1、知识与技能： 使用在操作过程中理解 Photoshop 的合成数字化图像的原理，掌握 Photoshop 常用的选择工具（矩形选择工具、魔棒工具、磁性套索工具）、移动工具、图形的变换、图层的概念。

2、过程与方法： 通过循序渐进的教学，引导学生学会基本操作后，培养学生独立探索，扩展学生思维能力空间，利用信息技术解决问题的能力，培养学生的艺术赏美情操。

3、情感态度价值观： 学生从丰富多彩的现实生活中感受体验生活的美，培养学生健康的审美情操。教学内容分析 教材通过一个实例对图像的加工和合成进行了简单的介绍，虽然篇幅很短但其中所涉及的知识和技能却不少。通过思考感觉有必要对教材进行改动，从现实生活入手，找学生感兴趣的素材进行加工。

重点 了解图层的概念，掌握图像合成的基本方法。难点

1、培养学生的想像能力，审美能力在课堂中的实现； 教学处理

与其讲一个简单图像的合成，不如搜集较多的学生感兴趣的图片，给学生多个空间，让学生将自己学到的技巧应用到各个画面，成就感体现出来，学生自然爱学。

硬件 机房

软件PHOTOSHOP 教学环境：信息技术机房 教学方法：讲授法，任务驱动法 教学过程：

一、导入

展示一系列精美图像（展示图像）

师：那么我们怎样去实现图像信息加工？

二、授新课

（一）数字化图像获取途径：

A：使用数码相机拍摄（最常见的方法）： 前期准备，拍摄，后期工作。

B：使用扫描仪获取（书籍、杂志等）

C：从网络或数字化资源库获取（网络、光盘等）

（二）图像的加工工具 A.B.C.简易型图像软件：画图

普及型图像软件：ACDSee、Flash 专业型图像软件：Photoshop、AutoCAD

（三）图像的设计 A.B.C.D.E.（四）、图像加工工具——Photoshop 简单介绍Photoshop工作界面

菜单栏、工具栏、工具箱、还有一些特定的浮动窗口如导航窗口、颜色窗口、图层窗口等

考虑创意、构图、色彩 选择制作方法和工具 具体的制作过程

考虑图像所针对的人群，符合他们的接受能力、审美意识、社会心理、习俗和禁忌。

遵循相关的法律法规

制作思路：将这些图像的精华部分“剪”出来，然后进行合成，并 对整个图像进行进一步地加工和渲染。

1、新建800×800像素的空白图像，并保存 第一步：文件—新建

2、根据图片的特点，选择恰当的抠图工具 矩形选框工具、魔棒工具、磁性套索工具

魔棒工具 ：一种常用的选区工具，可以选择图像和背景色色差明显，背景色单一，图像边界清晰按住shift键可增加选，alt键减小选区 疑惑：背景不单调该如何处理？

磁性套索工具： 图像边界清晰、能自动识别图像边界，并自动黏附在图像的边界上

3、重新命名各图层。双击图层名称—重命名

图层的概念：通俗地讲，图层就象是含有文字或图形等元素的胶片，一张图层张按顺序叠放在一起，组合起来形成页面的最终效果。图层可以将页面上的元素精确定位。图层中可以加入文本、图片、表格、插件，也可以在里面再嵌套图层

4、调整图像大小。编辑——自由变换——变换后——回车确认；

5、保存作品

文件——存储为——存储对话框 ⑴、将作品以psd格式保存

⑵将作品以jpg格式保

强调：

A.B.C.D.打开文件时，可以框选中两个文件同时打开； 魔棒选中，让学生自行说出“选择——反选”；

强调：不能用魔棒工具将抠选出的人物拖入新层；应该用工具拖入新层； 编辑——自由变换——变换后——回车确认；

拓展：Shift+选择工具＝加选范围；

Alt+选择工具＝减选范围；

6、重新命名各图层

双击图层名称

（五）学生上机练习

创设一副合成图片。要求：

1.主题自拟

2.运用2种抠图工具，将2张图片合成一幅图像

3.以新颖、美观、大方为主要标准其余可以自己发挥想象力。

学生继续操作，完善作品，教师巡视指导并挑选几位学生的作品。展示学生作品，让学生对作品进行评价。

（六）德育渗透教育：

问题：如今我们有了对图像合成的一点思考，又具备了合成的基本技术，我们要怎样运用技术来表达自己的观点？

在我们日常生活中常常会面对许许多多的加工的图像，它美化了我们的生活，可以吸引人们的注意，起到宣传的效果，生动直观显示作者想表现的意图，但有时它也欺骗了我们

课件演示：① ps人物

展示小胖原形照片被PS后，极其可笑。假设网络中被恶搞的相片主人是你，那你会怎么想呢？ ②华南虎假照事件（“周老虎”事件）

实际该虎为年画虎，将年画虎放在树下拍摄出来，然后进行加工处理。最后周正龙被判刑有期徒刑两年六个月，缓期3年，并处罚金人民币2000元。

总结：从以上图像中，我们可以知道图像的合成技术犹如一把双刃剑，有好的一面，也有坏的一面，所以我们要全面的去看待这门技术，用好它！

（七）归纳总结

1、了解图像处理工具photoshop的一些操作。

图像采集 第5篇

关键词：嵌入式；OV7660；uClinux；JPEG2000；图像采集

中图分类号：TP277文献标识码：A

1引言

多路图像采集系统的设计 第6篇

1、多路图像采集设备的工作原理

多路图像采集系统主要由主控机 (采集系统) 、RAID磁盘阵列、快速交换机、供电单元、导引头采集单元、电视采集单元、短波采集单元、中波采集单元、短波采集单元等组成, 系统结构见图1。

导引头采集单元、短波采集单元、中波采集单元、长波采集单元各自采集目标的图像数据, 然后与主控机通过快速交换机形成千兆局域网进行数据交互。主控机通过串行总线和以太网实行各测试单元环境配置和管理。测试完成后各分单元将测试数据反馈至主控机进行整合, 并上传至RAID磁盘阵列进行存储。主控计算机对RAID磁盘阵列中的测试数据进行管理, 提供测试者进行分析和比较。

2、多路采集系统设计方案与实现

2.1热像仪图像的采集

热像仪的采集卡定为与原进口热像仪配套的采集卡E9800。采集卡E9800外部接口μDB68的示意图。

从Cedip’s Software系统结构来看 (见图3) , 热像仪的所有用户接口均通过Virtual Camera抽象出来, 对应用程序而言, 物理设备 (红外热像仪、FG9800数据采集卡、RS232、RS422以及USB2) 均是不可见的;类似于PC系统的IO, 对用户 (Application developer) 而言, 实际的物理IO设备不可见, 看到的是一系列抽象的对象, 譬如标准输入stdin和标准输出stdout等。Virtual Camera是由Windows服务和连接到该服务的客户端DLL组成;Vir Cam Server是ATL/COM组件运行的Windows服务, 它将所有已知的Cedip相机接口统一, 并给出了一个通用的切入点 (entry point) 供用户应用程序使用, 因此针对Cedip相机的应用程序开发也就是针对Vir Cam SDK的开发。

从图3可以看出, 有待开发的图像采集软件与生产商提供的Altair软件位于同一体系层级中, 且都是以Vir Cam DLL为基础的应用开发;因此, 只要Altair如图中所示, 是根据Vir Cam DLL开放的SDK所开发的应用程序, 而没有调用系统更底层或SDK未开放 (如果存在的话) 的部分接口, 那么有待开发的“Youre Software”--图像采集软件就完全可以实现Altari的所有功能, 包括Full Speed Recording。

2.2导引头数据的采集

要利用图1中NI的图像采集卡PCI-1422采集红外产品输出的串行数据, 必须在采集前端进行串并转换。在这里我们利用一块FPGA中 (altra的cyclone系列的ep1c12q240c8) 进行串并转换。

2.2.1凝视发送模式

所谓凝视模式即导引头在捕捉图像信号时始终按照一个方向顺序扫描。在此模式下, 首先在FPGA内部构造一块2K*16bit的FIFO (先入先出) 缓冲区, 由于图像数据的写入和读出速率不同, 采用FIFO缓冲可以实现异频域的数据读写。首先在接受到串行图像数据后根据发送时序的字同步信号可将其转换为16位并行数据, 在转换的同时将并行数据存入FIFO, 同时控制PCI-1422不断的读FIFO缓冲区。因此, 只要一有数据存入FIFO, 立即就会被1422读取, 从而节省了数据采集时间, 使采集时间尽可能短。

2.2.1线扫发送模式

对于线扫发送的模式, 图像数据是按照正逆扫交替发送的。我们的设计思想就是乒乓操作。在第一个数据缓冲周期, 将输入数据缓存到“数据缓冲模块1”中;在第二个数据缓冲周期, 将数据缓存到“数据缓冲模块2”中, 同时, “输出数据流选择单元”将“数据缓冲模块1”中缓存的数据读出, 送到“数据流运算处理模块”;在第三个数据缓冲周期, “输入数据流选择单元”再次切换将输入数据缓存至“数据缓冲模块1”中, 同时, 通过“输出数据流选择单元”将数据缓冲模块送至“数据流运算处理模块”中进行处理。依次类推, 从而实现高速数据的无间断传输处理。

将乒乓操作的基本原理稍作改动, 则可以实现正逆序交替信号的正序传输。可以在将输入信号缓存至数据缓冲模块时, 根据信号的正逆序标志, 正序或逆序缓存至不同的数据缓冲模块中, 而数据流运算处理模块则一直按正序方式对数据缓冲模块进行读取, 这样, 就可以在硬件上实现对图像信号的正序转换, 以适应PCI-1422采集板卡的采集要求。

2.3采集数据的同步

同步信号发生器 (即PCI-6259的一路D/A) 向各分单元注入时钟信号, 热像仪分系统PC中计数器卡PCI-1780U采集时钟脉冲并计数, PC从采集卡中解析当前数据并记录脉冲个数形成时标, 然后触发热像仪配套的数字采集卡进行数据的采集。每采集一帧图像数据将计数器卡采集的时统信号嵌入图像数据中。在这种方式下如果图像的帧频为100f/s, 则时统信号的误差为1÷100=10ms。另外, 考虑到实际工作中各设备启动时间差别不会超过10分钟, 所以我们把系统的时统数最大设为10*60*100=60000, 转为2进制为16位, 所以完整的数据是每一帧数据中加一个16位的时统数。而总共数据传输速率也就相应的增加了16*100=1.6K。

3、结束语

系统联试表明, 本系统能够完成3种热像仪和红外产品的图像采集, 并能实现4个分系统的数据对时功能, 完全达到了设计要求。

摘要：本文讨论的系统主要用于科研阶段的红外产品主要性能参数的测试和对照, 记录红外产品和热像仪的各种工作参数, 进行事后数据分析和对比。利用采集的数据对外场试验过程中各种数据源的采集和数据源的融合。包括红外导引头图像数据和数字量的采集及存储;中波红外热像仪图像数据的采集和存储;长波红外热像仪图像数据的采集及存储;短波红外热像仪图像数据的采集及存储。并完成以上四种采样数据的系统对时。

运用摄像头采集标准图像 第7篇

1 概述

首先调用avicap32.dll组件对摄像头进行AVI电影和视频的截取。

利用Delphi中Canvas对象对截取图形进行处理, Delphi的绘图功能非常强大, 而它的绘图功能大部分都集成在Canvas对象中, 它封装了Delphi中的所有绘图函数, 同时还封装了Windows图形设备接口GDI, Canvas对象调用复杂的Windows API才能完成的功能, 文中正是利用Canvas对象的绘图函数对采集到的图像进行二次处理。调用avicap32.dll组件增加对视频源和视频格式的控制。

2 设计

(1) 利用avicap32组件提供的函数, 显示出视频图像。

(2) 通过avicap32组件提供的函数截取出相应图像, 保存起来。

(3) 移动鼠标通过Canvas对象截取图像相应部位。

(4) 调整压缩率大小, 控制图像文件压缩比例。

主要控件说明:2个Panel控件, 一个用来显示视频, 另一个用来显示截取图像 (2个Image控件放在此控件上) ;2个Image控件, 一个用来显示截取的整幅图像, 另一个用来显示鼠标截取图像;1个TrackBar, 用来调节保存图像的压缩比例。

2.1 显示视频

2.2 截取整幅图像

截取整幅图像保存成一个BMP文件, 并通过Image控件显示出来:

2.3 移动鼠标截取图像

在每次移动鼠标并按下左键时都重新调用一次截取的整幅图像, 是因为在这幅图像上每按下一次左键就会在这幅图像上画一个矩形框, 但并不能保证每一次选中的图像就是想要的理想图像。此就是每按下一次鼠标左键时就要重新调用一次的原因, 这方法虽然些有复杂, 但很实用, 效果很好。

2.4 截取标准图像

将从Image1中截取标准图像通过剪贴板存入Image2中。

2.5 保存截取好的图像

首先创建一个TJPEGImage类, 通过Assign方法将Image2载入的图像复制到本例中, 然后通过读取TrackBar值来确定压缩率大小, 再进行二次转换, 当然压缩率越大效果越好, 但也不能太大。

3 结语

此程序是将图像存成一个.JPG文件, 为了调用图像打印方便, 也可以将图像文件存到数据库中。这个图像采集程序是我在编写一个应用程序中的小部分, 在编写这个程序时以简捷、实用为主, 没有用到过多新技术。Canvas对象中函数很多, 关键是如何去应用, 希望此程序对编程人员有所启发和利用。

以上程序用Delphi7.0编译通过。

参考文献

一种图像信息采集软件的设计 第8篇

视频监控、图像采集等领域都离不开机器视觉系统，它通常由图像采集装置、图像处理软件以及显示仪器所构成。一般来说，摄像器件及图像采集卡可完成图像的采集、捕获功能，然后传至图像采集卡连接的计算机，利用图像处理软件来完成视频图像的处理功能。在没有相应的专用硬件设备的前提下，比如目前视频采集中的常见装置——无硬件支持的摄像头，为了能为计算机提供有效的图像信息并进行相应的分析，本文对基于VFW的一种视频图像信息采集软件的设计进行了研究。以高温环境下的炼钢厂转炉炉口的火焰图像为例进行了实验采集和分析，可直观地了解该软件的设计效果。

2、VFW视频捕获系统介绍

美国微软(Microsoft)公司推出了一个关于视频处理的软件包——Video for Window (VFW)视频捕获系统，它可以在Visual C++环境下编程开发，通过编写相应代码改变相关属性便可实现图像数据、视频数据以及音频数据的采集和后续处理等功能的操作。VFW主要由AVICap.dll、视频压缩管理器VCM、音频压缩管理器ACM等六部分组成，主要可完成视频采集、设备驱动、视频回放、AVI文件访问、视频、音频的压缩和解压等功能。

这六个模块互相联系，便构成了VFW的体系结构。由于图像的视频采集方面一般是图像信息采集研究的重点，因而本文不对视频回放和编辑的应用进行探讨，而是对VFW体系中的视频采集窗口类AVICap进行着重的分析。

3、AVICap窗口类函数的功能和结构

AVICap是一种视频采集窗口类函数，它可以实现对视频流和单帧图像的采集功能，并且能够对视频源进行相应的控制。AVICap可以为程序提供一种基于消息的接口，利用这种接口，应用程序可以访问音、视频硬件，并能实现视频流到硬件的捕获。在VC++等编程环境下，用户可以在程序中通过编写相关代码来改变AVICap窗口类函数的属性设置，从而较为便捷地对视频进行采集。同时，由于没有生成相应的中间文件，从而可以直接访问视频缓冲区，提高了工作效率，为用户提供的这种流式处理方式，具有良好的实时性，要实现所需功能仅需添加或删减一些代码。

AVICap窗口类函数的主要功能体现在以下几个方面:

(1) 通过视频和音频输入器件的连、断操作，可实时采集和保存视频流、音频流数据。

(2) 视频捕获过程中可以设置采集速率和视频格式，调用视频源和视频压缩的设置框，指定任意的.avi文件，并可动态复制捕获内容。

(3) 对实时监视功能来说，有预览(P r e v i e w)模式和叠加(Overlay)模式可供用户选择。

(4) 若采集的为单帧视频图像，可保存为任意的.bmp或者.dib格式文件。

这里强调一下实时采集监视功能下的可供用户选择的两种模式。两种模式在程序采集开始后仅有一种能被用户使用，不影响采集任务的进行，它们的区别主要为:Preview需要使用CPU资源，需要通过采集设备把视频每帧内容传送到内存中，再调用图像设备接口函数可把采集的视频内容显示在可视窗口中，即需要一个中间过程，Preview模式可大大地提升整个系统的效率;而Overlay不占用CPU资源，可直接把采集内容经过硬件叠加后再显示窗口中显示出来，即不要中间过程，但是受所连接的图像采集卡的性能限制，不适用于全部图像采集卡。两个模式打开任意一个后，另外一个将会关闭。

AVICap窗口类函数和视频、音频有关的数据结构体的功能见表1。

由于在AVICap中，宏的使用完全类似于VC++中的一般性函数，在这里不对所有函数进行说明，本文使用到的函数将在下一节中进行说明。

4、图像采集软件设计的主要步骤

本图像采集系统是在VC++平台上开发的，其主要构建方式为:

(1) 图像捕获窗口的创建:得到所需要大小的视频采集窗口。

(2) 错误回调函数、状态回调函数和视频流回调函数等三个回调函数的初始化。

在本系统中，由于涉及到实时处理，后者显得尤为重要。通过视频流回调函数的设置，可以让采集到的视频数据帧进行相应的算法转换，满足实时的要求。

(3) 设置采集窗口的一些参数，比如15帧/每秒是本系统设定的采集频率。

(4) 使视频采集设备与捕获窗口相连接，并返回采集器件的功能以供观测。

(5) 采集监视功能选用Preview模式可较好地预览和观测所监视图像的演变情况。

(6) 利用回调机制, 按照需要把采集到的视频图像送到到缓冲区, 通过修改、添加相关代码来实现进行视频图像的分析处理。在本系统中回调函数为实时显示的关键部分。

(7) 可按照用户需要, 利用VCM对视频流进行压缩保存以减少文件的大小;亦可不使用此步骤不对视频图像进行保存。

(8) 程序结束, 中止视频图像采集。

5、实验结果与分析

通过上述图像采集软件的设计方法, 系统就可以实时采集到所希望检测及采集的视频图像信息。系统可以检测转炉吹炼前期、中期和后期的炉口火焰图像, 图1显示的就是系统采集到的转炉吹炼前期火焰图像。

从图1可以看出转炉吹炼前期的炉口火苗形状飘忽不定, 而且包含着较多的烟尘, 这时正对应着由于炉内温度较低的阶段, 火焰颜色呈现暗红色。中、后期的图像也能反应炉内的变化。由系统得到的这幅图像看出本文设计的图像信息采集软件工作稳定, 可以采集较为清晰和理想的图像信息, 可为后面的火焰分析工作打下扎实的数据获取基础, 达到了预期的目的。

6、结语

本文提出的基于VFW图像信息采集软件的设计能够在条件较为恶劣的环境下工作, 并能够获得令人满意的效果。该采集系统是面向软件的, 不需要昂贵的、专用的硬件设备, 而且应用灵活、相对来说技术结构简单、易掌握和维护, 可以满足视频应用程序开发的需要。

摘要：提出了一种基于VFW的图像信息采集软件的设计方法, 对AVICap窗口类函数和视频捕获系统的构建方式进行了详细分析, 通过编写相应代码构建了视频捕获系统, 实验结果表明该系统不需要专用的硬件设备即可采集清晰、理想的图像效果。

关键词：图像,VFW,视频,AVICap

参考文献

[1]Microsoft Corporation.MSDN Library Visual Studio 6.0[M/OL].2003.

[2]谷保山.Visual C++6.0编程与实例[M].北京:科学出版社, 1999.

直接写入内存法图像采集接口设计 第9篇

嵌入式视频采集与处理系统具有可靠性高、速度快、成本低、体积小、功耗低和环境适应性强等优点。从数码相机、可视电话、多功能移动电话等消费产品到门禁、数字视频监视等工业控制及安防产品，图像采集和处理已成为重要的组成部分之一。图像采集需要进行同步信号的处理，比通常的A/D数据采集过程复杂，电路的设计也较为困难，并且早期的图像采集接口都是由专门的企业来进行设计和制造的。另外,在控制电路的设计中，数据接口是控制器完成数据输出和接收功能的关键部分，因此这一部分电路设计的好坏关系到控制器能否正常工作。然而,由于嵌入式系统中不同的处理器和图像传感器的信号定义及接口方式不同，所以没有通用的接口芯片。可以利用系统中的现有资源设计图像采集电路，这样可以减少器件数量、缩小产品体积和降低系统成本。因此，嵌入式系统通常要求自行设计图像采集接口电路。本文采用FPGA和通用DSP相结合，充分发挥FPGA的速度优势，在FPGA控制下，将视频数据存入帧缓冲器,并发挥DSP指令丰富和软件灵活的特点，完成不同要求的图像处理任务。采用嵌入式控制系统，利用内存直接写入方法设计图像采集控制器，直接将图像数据写入系统内存，实现高速图像采集。

1 实时图像采集主芯片OV6630

目前常用的传感器有CCD和CMOS两种，其中CMOS传感器近年来得到了迅速发展。CMOS图像传感器具有功耗低、体积小、重量轻、集成度高、成本低、编程方便、易于控制和捕捉速度高等优点，特别是具有直接数字图像输出功能。因此,这里采用了Omm Vision公司生产的OV6630芯片，其采集图像速度快、图像质量好、成本低、通用性好。数字摄像头芯片0V6630将CCD摄像机、相应的视频A/D转换和视频输出电路集成在一个芯片上，从而在保证高保真数字图像的前提下显著地降低了体积和成本。其模拟视频信号经两路8位视频A/D转换后由视频接口输出16位的YUV或RGB 4:2:2格式的标准数字视频图像信号。0V6630的视频时序产生电路用于产生行同步、场同步等同步信号和像素时钟等时钟信号。FPGA控制器控制0V6630的工作状态、工作方式、数据输出格式和读取内部状态信息。CMOS数字摄像芯片0V6630的工作时序如图一所示。其中，VSYNC为场同步输出脉冲，HREF为行同步输出信号，PCLK用来锁存有效数据的时钟，Y[7:0]为8位亮度输出总线，UV[7:0]为8位色度输出总线。

2 视频处理DSP

本文采用TI公司推出的C6000系列中具有高速处理能力以及出色的对外接口能力的DSP芯片DM642作为处理器，发挥了DM642EDMA进行数据传输的优势，并结合TDS642EVM多路实时图像处理平台的大规模集成外设构造一个通用数字图像处理系统。

TMS320C642属能定点系列处理器，是专用于数字媒体应用的高性能32位定点DSP。其高速性能特点包括：(1)存储空间最大可扩展到4GB，完全满足各种图像处理系统所需的内存空间，CPU主频600MHZ;(2)外扩了32M Bytes的SDRAM，工作时钟为100MHz，可用来存储程序、数据和视频信息;(3)外扩4M Bytes的Flash存储器，用来固化程序;(4)具有Velcoci TI先进VLEW结构内核;(5)64位的高性能外部存储器接口(EMIF)，可驱动4个片选地址空间，支持8、16、32、64位宽度的同步和异步访问;(6)采用流水线操作，实现高速率、高效率。

3 系统设计

本系统由CMOS摄像头、FPGA控制器、DSP处理器、SRAM存储器四部分组成。核心控制器FPGA可选用Altera公司的EPM7128SLC84—15，主要完成FIFO的写控制、通知DSP读数据信号的产生等功能。可通过JTAG接口实现在线编程，通过硬件描述语言(VHDL)在集成开发环境QUARTUS II下完成逻辑设计，编译后通过JTAG接口下载到电路板上的。

对于MCU、DSP处理器，I/O是最方便的访问方式之一。但在处理器速度较慢且图像数据输出的频率不能降低的情况下，采用上述I/O接口方法不能得到完整的图像。另外，有些应用中要求能够实时采集图像。为此，设计了高速数据图像采集方法-内存直接写入法。由于SRAM访问控制简单，电路设计方便，被大量嵌入式系统采用，本文以SRAM作为存储器。

内存直接写入方法通过设计的图像采集控制器，直接将图像数据写入系统内存，实现高速图像采集。图二是内存直接写入时的电路接口结构框图。当需要采集图像时，处理器向控制器发出采集请求。控制器接到请求脉冲后，发出处理器挂起请求信号HOLD,使处理器的外总线处于高阻状态，释放出总线。控制器收到处理器应答HOLDA后管理总线，同时检测图像同步信号。当检测到图像开始位置时，控制器自动产生地址和读写控制信号将图像数据直接写入内存中。图像采集完成后，控制器自动将总线控制权交还处理器，处理器继续运行，控制器中与采集相关的状态复位。控制器可以根据同步信号或设定的采集图像大小确定采集是否完成。在图二中，同步信号检测确定每一场(帧)和每一行的起始位置;地址发生器产生写SRAM所需的地址;SRAM写控制器产生写入时序;总线控制器在采集图像时管理总线，采集完成后自动释放;处理器接受处理器命令、发总线管理请求和应答处理器。

4 结束语

本设计用Altera公司的EPM7128SLC84—15作为控制器、TI公司TMS320C6x系列的DM642DSP作为处理器以及Omm Ovsion公司的OV6630数字摄像芯片用来采集图像。采集得到的数字图像直接写入内存SRAM，缩小了产品的体积，提高了质量，可以进行图像实时采集，与传统的I/O接口相比可以达到很高的速度。本设计已在DM642上实现，速度高，图像较清晰，但在稳定性和成本方面还有待改进。

参考文献

[1]刘爱荣,王振成.EDA与CPLD开发应用简明教程[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]张毅刚.单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002.

图像采集 第10篇

关键词：图像采集和处理；图像叠加；DSP

中图分类号：TP274.2文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0072-02

在医学上，随着微电子和计算机数字图像处理技术的发展，能够对X射线图像进行量化、传输、存储、显示和处理的数字化X射线成像技术进入了X射线影像领域，具有重大意义和应用前景，是医学影像系统的发展趋势，它能节省大量的胶片，其市场潜力巨大，解决了约占影像学科70%左右的数字化问题，有利于X射线图象的存储、处理、传输和显示，并合适进入图象存储、处理、传输和显示，并适合进入图象存储与通信系统（PACS）及远程医学系统。

有三种方式实现X射线成像的数字化，CR（计算机X射线照相术）、DR（数字X射线照相术）和视频数字采集。CR和DR都是将X光模拟信息转换成数字图象。视频数字采集直接对由X射线探测器产生的视频信号实施模数转化，并且获得单帧图像或图像序列。

跟CR和DR相比，视频数字采集拥有自己独特的优点，因此可以应用在不同场合，视频数字采集适合连续动态X射线透视图象信号的数字化采集，并可以看到器官的动态变化以及设备简单、操作方便、成本低等优点。采集的大量动态视频和图象数据可以储存在外部存储在外部存储内，用在采集后独立的诊断上（普通的荧光透视法诊断与成像必须同时），诊断后这些数据可以根据需要保存或者删除，根本就不需要胶片。

1系统主要性能

系统主要应用于CCD医用X线电视设备的后端视频处理，其相应的系统性能要求和实现功能如下所使示：

①视频输入。CCIR（与PAL兼容的黑白电视信号），75Ω（高阻可选）BNC接口。

②3路视频输出。A输出CCIR视频信号（50场隔行）输出，B、C两路输出100 Hz（逐行、或隔行）视频信号输出；A、B显示与输入信号同步的实时图像，C显示冻结图像、存储图像和DSA图像；75ΩBNC接口，标准视频信号，能驱动3个标准显示设备。

视频信号处理部分。图像分辨率：768×576、720×540、540×540、512×512像素；图像位数：8 bit或10 bit；对输入的视频信号（50 Hz）进行倍频处理，输出100 Hz（隔行场频，或逐行祯频）视频信号；递归滤波数字去噪功能；通过一组外部信号（比如脚踏开关闭合信号）控制，图像冻结，能存储16幅冻结图像；通过另一组信号控制，末位图像冻结；能对图像进行镜像与负像处理；通过键盘或其他方式设置参数，控制“灰度”、“对比度”电平调整；视频通道带宽>8M，8M以上的高频衰减陡，量化噪声<分贝；具有字符叠加功能，键盘输入字符；能采集存储1～2 min实时图像，并对采集图像进行DSA（数字减影）等实时处理；图像采集时间长短根据内存大小可以调整设置，内存大小可以在一定范围扩展；图像±90°、±180°旋转，或任意角度旋转；能进行局部图像放大。

2系统性能分析和方案选择

2.1系统性能分析

①系统所要求采样的视频信号的图象分辨率最大是768×576，这是标准的PAL信号分辨率上限，也就是说我们需要处理的信号是标准的PAL兼容的CCIR信号，且是黑白图象信号，这对于我们处理视频信号更为方便。

②系统要求图像位数是8位或是10位，由于我们的医学应用中图像的清晰度置关重要，我们选择图像位数为10位。

③一般的PAL制信号的场频是50 Hz，但在高清晰视频信号采集的情况下选择100 Hz的场频是合适的，我们在电路中要做好50 Hz的倍频处理。

④视频的灰度调节和对比度调节使视频信号具有可调节性，更符合对于视频信号的可调节性，选择合适的方案后这部分的工作将变的很简单。

⑤系统很好的实现了图像的采集，存储和冻结，这对于医学影像中的处理是很重要的一个功能。这部分的功能实现也是很重要的。

⑥系统需要采集存储1～2 min实时图像，以最大的22 min和最大分辨率来计算。22 min的图像是： 25×120×768×576×16 bit=4 045 M~5 G

⑦系统需要能存储16幅冻结图像。所需要的存储器最大容量是：16×2 M=32 M。

2.2系统方案比较和选择

在系统总体方案的实现实现上选择DSP+ FPGA + ARM9+wince的实现方案。

系统采用两块电路板，一块电路板是协处理器电路，由视频采集电路+DSP+FPGA+视频输出电路+图像存储电路实现视频信号的采集和处理，一块电路板是主处理器电路，由ARM9+wince+人机界面构成，实现系统所要求的增强功能的其他功能和相应的键盘输入。把两块电路分开是系统可以做的很柔性，主处理器部分可以根据需要替换成工控机系统（PC系统），协处理器电路提供了相应的接口。图1为系统原理总体框图。

下面就主要的一些电路方案的比较和选择论述如下。

2.2.1视频采集电路

无论是摄像头信号的输出，视频信号的存储，视频信号的叠加、综合，还是DSP的算法实现，系统时基信号在系统的各个环节中都起着非常重要的作用。

系统的输入的是标准制式的电视信号，它是一种复合视频信号（简称CVBS），主要包括两个主要的信号，一是反映当前视场信息的视频信号，另一个是用于视频信号的接收以及同步扫描的同步信号。视频信号的采集、存储、处理和综合都需要知道复合视频信号中有用的视频信号何时开始何时结束，因此就需要产生代表这些信息的系统时基信号，包括行同步信号（简称HS）、场同步信号（简称VS）和像素时钟信号。随着技术的发展，在我们的系统中采用了另一种方案来实现内同步，即选用集成解码芯片结合视频分离电路来得到上面所说的两种视频信息。

2.2.2视频输出电路和倍频电路实现

现在的PAL标准信号使用的是50 Hz频率，在高清晰的电视处理中目前广泛的采用的100 Hz的场频，所以有必要在电路中实现50 Hz的倍频电路，传统的倍频电路是PLL+分频器，这样做不仅需要额外的电路实现而且成本高，我们在系统中也是选用合适的编码芯片，合适的编码芯片同时带有倍频电路，这样同步时序还是由FPGA产生，同步信号经过编码芯片倍频结合编码输出完成视频信号的输出。

2.2.3存储器选择

方案中冻结图像的存储器选择SRAM，SRAM的操作简单，速度快，适合实时存储。存储图像的要求是实时性，要求掉电不丢失的能力，在考虑到所要保存图片的最大容量，采用乒乓NVRAM+硬盘的方式。硬盘用来存储1-2分钟的图像，而NVRAM存储冻结图像。

2.2.4冻结图像和存储图像输

出

方案中采用了FPGA+VHDL

+存储器的方案。

系统有两路动态图像输出，设计成一路经DSP直接处理后送DA直接输出，另一路是要输出冻结图像，存储的图像。它的设计原理如下：

当系统的C路输出不需要输出时，即不需要输出冻结图像和存储的图像时，DSP处理好的图像数据不送入C路的存储部分，存储器的总线与DSP总线是断开的，与DA总线是连在一起的。当有图像冻结命令时，总线切换使得DSP总线处理好的图像送入冻结SRAM，连续保存，并在FPGA中做好索引，当图像冻结命令解除后，有FPGA中的总线切换开关断开DSP与存储器的连接，有与DA相连，有外部信号控制FPGA中的索引单元查找所要查开对像的地址，然后由相应的地址开始输出冻结的图像，地址不断循环，只要有新的控制命令。

显示存储和DSA的图像的原理与显示冻结图像的原理相同，不同的是因为要存储的实时图像的容量较大，所以选用IDE硬盘，IDE硬盘是挂在ARM9上的，如果直接操作速度是个瓶颈，所以考虑用NVRAM+硬盘的方式，NVRAM是掉电数据不丢失存储器，它有与SRAM相同的速度。我们采用乒乓存储的方式作为两者间的缓冲。采集数据放入到NVRAMa保存后,通过FPGA切换把采集的数据放到NVRAMb后，同时a中的数据转移到硬盘中，显示数据时也是采用相同的方法。

2.2.5字符产生

字符显示也是系统人机接口的重要部分，它以字符的形式在监视器的屏幕上实时显示出系统的工作状态和相关数据信息，以此提示系统的操控者实施相应的动作。

从字符叠加的工作方式及本身电路的构成来看，字符叠加技术可以有以下三种方法来实现。

第一种是“图解显示控制”即GDC 方法。它是利用中小规模数字集成电路来实现各部分所要求的严格的时序关系，将形成的字符信号与视频信号在预定的时间关系上混合并显示在屏幕上。

第二种是用CRT 控制器这一类专用集成电路的方法。常用的有8350、8275、MC6845等。它将“图解显示控制方式”中的中小规模集成器件构成的电路集成化。字符或图形等以点阵方式存储在外围的ROM或RAM 中。它使电路大为简化，因而使用较为方便。

第三种是单片“屏幕显示”（OSD）器件方法：因为在与电视有关的产品上并不需要显示很多的字符或图形，因此将以上CRT控制器中的外部存储器与其集成在一起而形成所谓专用字符叠加芯片。常见的有NEC公司的uPD6453字符叠加芯片以及富士通公司的MB90092字符、图形叠加芯片。

本文设计的系统中需要显示的字符量比较少，为了降低开发的成本，合理利用系统的资源，我们采用上述的第二种方案，但字符叠加控制器是由可编程逻辑器件编程实现。

3结语

本文的高性能X光视频图象采集和处理系统实现了对视频信号的实时采集、处理和存储，为信号的实时处理提供了方便。文章讨论的方案的比较与选择对于不同的系统要求都有借鉴意义，对医学视频图象数字化采集与处理方面作了一定的探讨，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1] 张晓飞,袁祥辉.基于DSP 成像系统的视频图像采集部分的实现[J].压电与声光,2002,24(6):247-250.

[2] 郭劲斌,钟秋海.嵌入式MPEG-4视频压缩编码算法研究[J].微计算机信息,2006,(22):65-66.

图像采集 第11篇

引言

图像信息的获取和传输是图像处理系统的重要组成部分，直接影响图像处理系统的性能。图像信息的采集包括对图像数据、各种附带参数信息以及状态控制信号的采集，一般图像信号和状态参数信号以及控制信号是独立产生的，因此需要设计一种系统能够将外部设备产生的图像数据和状态控制信号同步采集，并能长距离高速传输，综合考虑到图像采集系统所要求的实时性，可靠性，以及FPGA在数字电路的设计中的优势，为此本文讨论了一种利用FPGA实现基于LVDS的图像数据采集传输技术。

系统设计

高速图像数据的采集传输系统如图1所示，主要包括图像数据源的形成、数据信息的处理和缓存以及帧数据的转发三部分。其中，图像数据源的形成过程中，成像设备作为图像数据的来源，它为系统提供高分辨率的可见光和红外图像，考虑系统的实时性和高可靠性因素，采用LVDS传输接口实现数据长距离高速传输，解决了传输瓶颈问题，图像数据在进入FPGA之前需通过数据格式转换接口 (采用MAX9218实现) 将串行的数据转换为并行数据并缓存。

数据信息的处理由协处理器FPGA完成，主要包括图像数据及相关参数信息的采集、缓存、组帧和图像数据的转发。其中图像数据的组帧过程最为复杂，FPGA根据图像源中帧同步、行同步、图像选择信号接收解串图像，存储至缓存区，并将图像附带的参数信息写入缓存后部，经组帧状态机形成所需的图像数据帧。

图像数据帧形成后，转发存储至乒乓结构的帧存储器，其容量为：512×512×8bit=2Mb。同时硬件逻辑自动将图像和配套参数信息数据通过LVDS图像发送接口发送至数据链，图像数据再次以串行的LVDS方式传输到后续设备进行处理。

系统实现

FPGA及外围硬件电路

在接口转换电路模块中，图像数据接收端和发送端均需采用LVDS串行方式进行传输，所以在接收端将串行输入的数据并行接收进FPGA进行处理和在发送端将并行的数据串行输出时, 需要进行并串和串并转换。

本设计选用M A X I M公司点对点LVDS串行/解串器芯片MAX9247/MAX9218实现数据收发。

在MAX9218接收端，需要进行数据格式转换, 将串行数据源变成并行格式供FPGA处理，同样在图像数据链路终端发送方MAX9247对输入的图像数据也有特定的时序要求，涉及到FPGA完成数据格式的转换, 并产生相应的控制信号DE_IN。

可编程器件FPGA选用Xilinx公司Virtex-4系列XC4VLX25。实现的功能主要是：根据输入的行帧同步，采图像同步和图像选择信号来实现图像数据的接收，并缓存到FPGA内部的接收RxFIFO中，进行帧头帧尾识别、时序转换，控制信号的生成，并且根据自定义的通讯协议，从数据流中分解出数据帧，同时将原始图像数据和状态数据打包到同一帧数据包中，输出至数据链路终端。

图像数据链路层

由图3数据的流向来分析，从L V D S接口板输出的串行图像数据由14个数据位 (数字图像数据为D0--D13，低位在前高位在后) 、帧同步、行同步、时钟同步、图像选择信号、采图同步信号组成。图像数由图像的帧同步信号产生，帧、行同步均为高电平有效，图像选择信号用来区分红外和可见光图像，红外图像为256×320b，可见光图像为512×512b, 19位图像数据信号经过MAX9218解串后的数据和控制位接入FPGA。

FPGA设计时，针对红外和可见光两种不同类型的图像数据进行采集传输，设置一个模式寄存器ModeReg来实现图像选择，可以填0或1，用来区分红外和可见光，当采集可见光时，每输出一帧有效图像数据，需输出两个帧信号，第一帧内 (A帧) 只输出采图同步信号，不输出图像数据、行信号等，第二帧 (B帧) 中不输出采图同步信号，只输出图像数据、行信号等;当采集红外图像时，只需输出一帧，图像选择信号在第一个帧信号的下降沿跳变，至第二个帧信号下降沿有效，高电平表示红外图像，低电平表示可见光图像。具体时序参考图3。

经过FPGA组帧完成的帧数据同时要转发到终端数据链路和外部帧存储器中，供后续设备调用。为了实现后续设备提取图像信息时的实时性，外部存储模块采用由乒乓开关控制的两个片外帧存储器，应用FPGA实现双帧存交替切换，将图像数据存储在两个独立的FIFO中，FIFO采用IDT公司的IDT72V2103，此器件快速的存取允许图像实时存储转发。在FPGA的控制下, FIFO空间的一帧数据送出后，然后开始将FIFO1空间的数据送出，同时又向FIFO中写入下一帧数据，这样可以保证后续图像处理设备不间断的提取图像数据，以实现快速处理，提高工作效率。

组帧状态机

状态机在FPGA内部设计成两部分，为组帧状态机 (外圈) 和组行状态机 (内圈) 。其中组帧状态机各状态转移顺序及条件见图4，各状态占用时间可以通过组行状态机中的行计数来控制，近而可以完成不同大小规格的图像的接收。组帧状态机共有6个状态。

state0：空闲状态 (系统复位) 。state1：帧有效期开始到行有效期开始之间的延时。state2：图像帧有效期，state3：图像参数帧有效期。state4：行有效期结束到帧有效期结束之间的延时。state5：帧无效期。Reset为输入的状态机复位信号，在系统复位状态，如果用来启动状态机的信号Start Make Frame=1, 状态机开始工作，进入系统下一状态，组帧状态机在各状态转移条件满足时，依次进入下一状态，否则，保持在原状态。

组行状态机共有3个状态。

stML_Idle：空闲状态。stML_High：行有效期。stML_Low：行无效期。在外圈组帧状态机的每个状态中，包含n个组行状态，所包含的组行状态机中的行数即组帧状态机各状态所占用时间，组行状态机和组帧状态机启动条件一致，同时启动。

以采集可见光图像数据为例，上电复位期间系统处于states0状态，状态机用外部输入的7.375MHz时钟同步整个运行过程，图像的帧、行、图像数据等信号在同步时钟的下降沿跳变，上升沿锁存。一帧图像数据的大小为512×512bit，并将图像附带的参数信息写入图像数据后一行 (即513行) ，在帧有效期间 (states1、states2、states3状态) ，CLK信号作为行计数器的时钟, 每帧图像在行有效之前有1行无效图像信号 (states1) , 在states2状态下，控制采集一帧中的前512行，在states3状态下，采集图象的参数信息，将图像数据和状态参数组合为统一的数据帧，采集完一帧图像数据后等待下一个帧同步信号的到来。在行有效期 (stML_High) 控制采集一行中的512个像素点数据，在CLK信号的上升沿进行计数, 在数据有效期间采集完512个像素点, 等待下一个行同步信号的到来, 按同样方式对下一行512像素点数据进行采集，直至采集完一帧中的512行。

系统仿真

在该系统中，状态机设计是难点，图5是运用Active-HDL7.1仿真工具的状态机仿真结果，仿真时，采用7.375MHz时钟同步，状态机启动后，计数寄存器里的数据递减，进而产生各状态转移满足的条件，以此实现状态机的翻转。

在Active-HDL7.1中编写Test Bench文件时，通过向组帧状态机计数寄存器写数，来控制各状态所占用的时间，利用StartMakeFrame信号高电平启动状态机，各状态发生翻转时，状态完成标志就产生产生高电平跳变。

根据图5的仿真结果，可以看出组帧状态机工作正常，所有的逻辑关系也都验证无误。

结语

本文采用FPGA设计实现高速图像采集系统，并采用LVDS接口实现接收与发送，各种模块之间通过缓存实现通信, 避免图像的丢失;采集的图像类型和图像尺寸可以通过软件重新配置FPGA进行调整。总之，基于FPGA的高速专用图像采集系统电路集成度高、信噪比高、功耗低、成本低、速度快以及接口方便，所设计系统采用两帧切换存储方式，使得后续的其它图像处理模块能够与图像采集模块并行工作，为图像处理器的高度集成化实现提供了可能性。

参考文献

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