[发明专利]一种一体小型化高速实时图像获取装置

说明书

技术领域

本发明属于高速数字图像获取技术领域，具体涉及一种用集成SoPC进行采集、压缩、存储、回放功能一体的小型化高速实时图像获取装置。

背景技术

在机器视觉应用中，数字相机在捕获快速变化过程中起到越来越重要的作用，尤其以CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器为感光元件的高帧频数字摄像机的优势更为显著。高帧频数字相机主要应用于高速运动和高速物体碰撞过程的记录测试。主要在汽车碰撞实验、安全带、安全气囊的研制，高速粒子场运动分析，火箭发射和飞机起落过程，高速工业检测等方面具有重要意义。但随着高帧频数字相机的帧频及分辨率不断提高，产生的图像数据量和数据率急剧增加，对高速数据的存储带来巨大压力。

目前大多数高帧频相机数据接口采用一组或多组CameraLink FULL接口，以实现数据高速实时数据输出。2组CameraLink FULL接口在8bit模式下可传输1360M像素/s(1360MB/s)，对于1024×1024的传感器最大可传输1300帧/s，对于大面阵传感器如4096×3072分辨率则可传输108帧/s。然而这种数据传输能力仍然不能满足一些高性能传感器的数据带宽需求。如CMOSIS公司CMV12000传感器最高分辨率4096×3072下可产生168帧/s(2016MB/s)图像，远超2组CameraLink FULL接口数据传输能力。同时，图像采集PC机的数据存储速率限于内部总线和存储介质带宽也较难达到上述需求。

目前常见的解决方案是在高速相机内部加入大容量实时缓存，记录满后再由相对低速接口如千兆网、USB等数据读取。该方法的缺点是实时缓存容量一般仅能达10GB量级，无法实现长时间存储。

发明专利《高速图像实时无损记录存储回放装置》使用CameraLink FULL接口高速相机，将产生的数据由一个高速数据分配板将数据分发给多个存储子系统，回放时由计算机通过千兆网交换机访问各个存储子系统，读取数据。该方法的缺点是系统庞大复杂，不利于携带。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种一体小型化高速实时图像获取装置，将图像获取单元、FPGA软件和CPU软件集成在SoPC上，能够实现实时无损压缩、存储及回放等功能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种一体小型化高速实时图像获取装置，包括：

图像获取单元、FPGA软件和CPU软件集成于SoPC上；

所述图像获取单元包括图像传感器、FPGA、FLASH存储器、多片固态硬盘和以太网接口芯片；其中，所述FPGA为主控制器，其连接图像传感器、FLASH存储器、多片固态硬盘和以太网接口芯片；

所述FPGA软件包括CMOS图像传感器时序驱动软件、实时图像无损压缩软件、固态硬盘控制器软件和以太网控制器软件；

所述CPU软件包括嵌入式实时操作系统、文件共享服务和成像控制软件；

其中，FPGA为FPGA软件和CPU软件的载体；FLASH存储器存储FPGA配置数据及CPU软件，所述FPGA软件和CPU软件通过CPU内部总线进行通讯；

其中，所述SoPC通过以太网接口芯片连接采集计算机。

优选的是，所述CPU软件还包括文件系统、TCP/IP协议栈。

优选的是，所述嵌入式实时操作系统为嵌入式Linux、Windows Embedded、VxWorks或FreeRTOS。

优选的是，所述文件共享服务为SAMBA服务或FTP服务，用于提供采集计算机访问固态硬盘内数据文件的通道。

优选的是，所述成像控制软件通过以太网接口接收采集计算机的控制指令，并将解析的控制指令传输至FPGA软件。

优选的是，所述文件系统为ext2、ext4或FAT32文件系统，用于管理固态硬盘。

优选的是，所述TCP/IP协议栈进行指令和数据的传输。

优选的是，所述图像获取单元还包括动态存储器缓存，其连接FPGA，用于缓存突发高速数据。

优选的是，所述图像传感器为高帧频CMOS图像传感器、动态存储器缓存为高速动态随机存储器缓存、固态硬盘为SATA固态硬盘、以太网接口芯片为千兆以太网物理层接口芯片。

优选的是，所述SATA固态硬盘采用规格为2.5×5.0cm的MSATA。