[发明专利]一种基于SoC FPGA的嵌入式图像处理系统与方法

权利要求书

1.一种基于SoCFPGA的嵌入式图像处理系统，其特征在于：包括外部图像采集相机(1)、SoCFPGA开发板(3)和上位PC图像处理系统(5)；

所述外部图像采集相机(1)、SoCFPGA开发板(3)和上位PC图像处理系统(5)依次电讯连接；所述外部图像采集相机(1)将图像数据传送给SoCFPGA开发板(3)，再由SoCFPGA开发板(3)对图像数据进行处理，并传送给上位PC图像处理系统(5)。

2.根据权利要求1所述基于SoCFPGA的嵌入式图像处理系统，其特征在于：

所述外部图像采集相机(1)内部包括图像输入单元(6)；

所述SoCFPGA开发板(3)内部包括两个部分，即HPS部分和FPGA部分；

所述上位PC图像处理系统(5)内部包括图像接收单元(11)；

所述HPS部分包括图像采集单元(8)、图像输出单元(10)和控制单元(7)；FPGA部分包括图像处理单元(9)；所述图像采集单元(8)、图像处理单元(9)和图像输出单元(10)依次电讯连接；

所述图像输入单元(6)电讯连接图像采集单元(8)，所述图像输出单元(10)电讯连接图像接收单元(11)；

所述控制单元(7)分别电讯连接图像输入单元(6)、图像采集单元(8)、图像输出单元(10)、图像处理单元(9)和图像接收单元(11)；

所述图像输入单元(6)生成的原始图像数据传送到图像采集单元(8)，随后传送到图像处理单元(9)，在图像处理单元(9)中处理后再传送进图像输出单元(10)，并从图像输出单元(10)输出到图像接收单元(11)。

3.根据权利要求2所述基于SoCFPGA的嵌入式图像处理系统，其特征在于，所述控制单元(7)控制图像输入单元(6)、图像采集单元(8)、图像输出单元(10)、图像处理单元(9)和图像接收单元(11)的运行、系统配置和响应错误机制。

4.根据权利要求1所述基于SoCFPGA的嵌入式图像处理系统，其特征在于，所述HPS是一个基于ARM的硬处理器系统，还包括ARM微处理器、SDRAM存储器，其上挂载Linux操作系统。

5.根据权利要求4所述基于SoCFPGA的嵌入式图像处理系统，其特征在于，所述SDRAM存储器划分为内核内存空间与用户内存空间。

6.根据权利要求2所述基于SoCFPGA的嵌入式图像处理系统，其特征在于，所述FPGA部分，需要用硬件描述语言编写的配置程序驱动其工作，配置程序模块化为独立IP核；所述独立IP核包括图像读取IP核、图像处理IP核和图像写入IP核。

7.一种基于SoCFPGA的嵌入式图像处理方法，其特征在于采用权利要求1至6中任一项所述基于SoCFPGA的嵌入式图像处理系统实现图像数据流的传输，传输步骤如下：

(1)图像输入步骤外：外部图像采集相机采集的原始图像数据输入到图像输入单元(6)并发送给图像采集单元(8)；

(2)图像采集步骤：图像采集单元(8)，将图像输入单元(6)传送来的原始图像数据进行格式转换，并发送给图像处理单元(9)；

(3)图像处理步骤：图像处理单元(9)，硬件描述语言编写的相关图像处理IP核，实现图像处理算法，并发送给图像输出单元(10)；

(4)图像输出步骤：图像输出单元(10)，接收FPGA处理并由图像处理单元(9)处理后的图像数据，并发送到上位PC图像处理系统的图像接收单元(11)；

(5)图像接收步骤：图像接收单元(11)，接收图像输出单元(10)处理完的图像数据并应用。

8.根据权利要求7所述基于SoCFPGA的嵌入式图像处理方法，其特征在于：步骤(3)所述相关图像处理IP核，是指应用图像读取IP核、图像处理IP核和图像写入IP核协同实现图像处理；具体是图像读取IP核负责读取图像数据，并传输到图像处理IP核；图像处理IP核负责处理图像数据，并传输到图像写入IP核；图像写入IP核负责将处理完的图像数据写入HPS部分的SDRAM存储器中。

9.根据权利要求7所述基于SoCFPGA的嵌入式图像处理方法，其特征在于，所述传输步骤具体如下：

图像数据从外部图像采集相机流向HPS，保存在挂载在HPS上的Linux操作系统的内核内存空间中；

图像数据复制到Linux操作系统用户内存空间；通过Linux系统函数实现；

图像数据写入位于FPGA内的缓存SDRAM中；通过HPS与FPGA间的数据总线实现；

图像数据流向图像处理IP核；通过FPGA内的图像读取IP核完成；

图像数据写入Linux操作系统内核内存空间；通过图像写入IP核，并且事先已在Linux操作系统中分配一块固定内存区域；

目标图像数据复制到Linux系统用户内存空间；通过Linux系统的字符设备文件方式，使用read函数；

图像数据输出到上位PC图像处理系统中；利用网络通讯方式，使用TCP/IP协议，或者利用USB数据线。