[发明专利]内置JPEG压缩算法的图像采集方法、系统及CameraLink采集卡

说明书

本发明的一种内置JPEG压缩算法的图像采集方法、系统及CameraLink采集卡，基于FPGA，当JPEG压缩算法配置为不使能时，FPGA对CameraLink采集卡收集的数据仅做传输处理，通过CameraLink采集卡的输出端输出；当JPEG压缩算法配置为使能时，执行下述步骤：FPGA接收CameraLink数据并进行预处理；FPGA基于配置后的量化表调整数据的压缩效果并执行JPEG压缩算法把数据压缩成JPEG文件，经CameraLink采集卡的输出端输出；所述量化表的配置包括：配置量化因子和/或配置标准量化表。本发明解决大容量数据处理带宽需求，提供灵活的JPEG算法参数设置功能，在保证检测精度的同时，尽量降低对数据处理带宽的要求，进而降低整机成本。

技术领域

本发明涉及数据采集系统技术领域，具体涉及一种内置JPEG压缩算法的图像采集方法、系统及CameraLink采集卡。

背景技术

机器视觉领域对于检测精度要求的不断提高，一方面导致单个相机输出数据量不断的增加，另一方面为了应对大尺寸目标物检测(如大尺寸的PCB电路板)，需要将多个相机数据拼接在一起。这就导致计算机端接收的数据量非常庞大，而机器视觉行业通常都是要求实时检测的，即要求计算机必须实时地完成大容量数据的分析处理，从而实时给出结果，指导工业生产过程。在某些应用场景下，实际上检测目标物具有非常典型的特征，通过一些压缩算法可以在不影响检测结果的同时，大大地降低所需处理的数据量。当前这些压缩算法通常都是在计算机端，通过软件的方式来实现。因为压缩算法一般都是含有大量的乘法运算，会极大占用CPU带宽，影响整机响应速率，进而影响生产效率。故急需一种硬件方式，加之灵活的配置方案，来解决这一问题。

机器视觉领域传统的数据采集系统，通常是由工业相机配合采集卡来实现的。工业相机完成原始数据的采集和预处理工作，而后通过标准的CameraLink接口将数据传递给CameraLink采集卡，CameraLink采集卡按照标准协议完成图像数据的拼接后，通过PCIe接口传递给计算机，完成最终的图像处理和识别。较为理想的方式即在CameraLink采集卡中，完成数据的压缩工作，从而降低计算机端的数据处理压力。但传统的CameraLink采集卡所完成的功能，仅仅是对数据排列的次序进行处理，不对数据内容进行干预，即CameraLink采集卡本身不影响总的数据量的。

压缩算法大体上分为有损算法和无损算法，其中有损压缩为损失数据精度的一种压缩算法，比如JPEG压缩算法通常就是一种有损算法。有损算法的优势是可以在满足应用需求的前提下，尽最大可能地可能地减少数据量。不同于通信领域，机器视觉领域一大主要应用场景是目标物识别(如缺陷识别)，故原则上不需要无失真的保留大量原始数据信息。在不影响识别精度的前提下，可以对原始数据进行某种有损处理，以降低对数据处理带宽的要求，进而降低系统成本，对某些应用场景是非常有利的。

现场可编程门阵列(FPGA)是目前非常流行的一种编程器件，其灵活配置性和可编程性使其被广泛应用于各种领域。因为FPGA是一种硬件实现方式，并行处理度很高，可以应对高速数据采集场景，所以在高速数据采集应用场合，FPGA也使用广泛，通常由FPGA完成数据采集，处理，发送的全部流程。对于机器视觉领域广泛使用的CameraLink采集卡而言，因为需要实时地，将数据传递给计算机进行处理，故FPGA通常是CameraLink采集卡中一个关键器件。为了降低计算机端数据处理带宽要求，同时保持数据实时性，要求在FPGA中实现JPEG实时压缩算法，同时要求压缩精度可控，以适应不同场景下对数据(识别)精度的要求。JPEG压缩算法虽然通常归类为一种有损算法，其有损的核心来源在于，量化过程中会丢失数据精度(不考虑计算精度的损失，如小数位的有限保存)。量化是使用量化表来完成的，通过设计不同的量化表，可以控制数据损失精度，也即可以控制压缩比例。另一方面通过特殊的量化表，也可以进行JPEG无损压缩，比如量化系数都设置为1。这样体现了最大的灵活性，可以针对不同的应用场景灵活应变。