圖像採集處理系統

圖片採集處理系統主要功能包括單片機控制ISP-PLD器件，實現對攝像頭的圖像高速採集與存儲，單片機圖像壓縮與PC機串列通信實現圖像數據的傳輸，在PC機端實現圖像處理和顯示等。在圖像採集處理系統中，系統設計通常遵循三種設計模式：硬體採集一軟體處理模式、分離式硬體採集和處理模式以及一體化硬體採集和處理模式，三種方案具有各自特點，適用於不同場合。

基本介紹

• 中文名：圖像採集處理系統
• 外文名：Earth science and remote sensing
• 分類：計算機 
• 功能：實現對圖像高速採集與處理
• 核心：圖像處理
• 組件：單片機

定義

圖像採集是指圖像經過採樣、量化以後轉換為數字圖像並輸入、存儲到幀存儲器。圖像處理是指，用計算機對圖像進行分析，以達到所需結果的處理，又稱影像處理，一般是指數字圖像處理。圖片採集處理系統主要功能包括單片機控制ISP-PLD器件，實現對攝像頭的圖像高速採集與存儲，單片機圖像壓縮與PC機串列通信實現圖像數據的傳輸，在PC機端實現圖像處理和顯示等。

硬體

PC圖像採集卡：圖像採集卡是機器視覺系統的重要組成部分，在基於PC機的機器視覺系統中，圖象採集卡是控制攝像機拍照，完成相機輸出的視頻信號的實時數據採集，並提供與PC的高速接口，是協調整個系統的重要設備。

PC圖像處理卡：它是在圖像採集卡的基礎上，增加了圖像分析、處理等功能。目的是提高圖像信號的實時處理能力、降低主控系統在圖像處理過程中對資源的要求，從而提高系統整體處理能力。

嵌入式板卡及設備：嵌入式板卡在功能上和PC圖像採集卡類似，嵌入式從一開始就是針對具體套用的，因此嵌入式板卡的設計原則是在實現圖像採集的基礎上針對具體套用作相應調整。對應的嵌入式視覺系統也是完成的是較為具體的功能，並不要求全能，但必須能夠依據系統設計規格，有效率的發揮出硬體的運算能力，使得產品達到效率/價格比的最佳化，同時要求自動完成所設定的工作。

智慧型相機：智慧型相機實際上是嵌入式視覺系統的集成化，它通過提高機器視覺系統的集成度，刪減一些部必要的接口和電路，大幅度縮小系統體積，在提高系統穩定性的同時，大幅度降低生產的成本。

系統設計

在圖像採集處理系統中，系統設計通常遵循三種設計模式：硬體採集一軟體處理模式、分離式硬體採集和處理模式以及一體化硬體採集和處理模式，三種方案具有各自特點，適用於不同場合。

硬體採集軟體處理設計方案

所謂“硬體採集軟體處理”是指由專用硬體採集的圖像信息首先保存到記憶體中，在需要的時候通過軟體對圖像進行處理，處理過程既可以在所有圖像採集結束後進行，也可以與採集過程同步選擇性進行，系統工作原理如下圖所示：

分離式硬體採集和處理設計方案

“分離式硬體採集和處理”是指圖像採集和處理任務均由專用硬體完成，但採集和處理模組相對獨立，採集任務由通用圖像採集卡完成，處理任務通過專用DSP圖像處理板實現，採集和處理硬體之間通過一定匯流排進行數據交換，系統工作原理如下圖所示：

一體化硬體採集和處理設計方案

“一體化硬體採集和處理”是指圖像採集和處理任務通過同一塊硬體板卡實現，兩者間的數據交換通過板內匯流排(或其他數據通信方式，如FIFO、雙RAM交替等)實現，圖像採集由專用的數字轉換模組完成，圖像處理通過專用DSP(或DSP陣列)模組實現，模組間採用緊耦合一體化設計，系統工作原理如下：

核心技術

圖像處理的時間消耗與處理任務的複雜程度密切相關，如果處理僅限於圖像顯示等簡單工作，無論採用軟體或是硬體處理所消耗的時間均很少，不會對系統實時性產生明顯影響；但是，若處理工作複雜，涉及大量的數值運算(特別是浮點運算)，如：圖像旋轉、圖像匹配、目標識別等，此時消耗的處理時間與處理方式密切相關，硬體方式(上述方案二和三)由於採用支持數字運算的專用處理器結構設計，能大大提高數值運算速度和圖像處理效率，與軟體處理方式相比，速度和效率優勢非常明顯。

數據傳輸貫穿圖像採集和處理任務全過程，是整個任務流程的關鍵關節之一。數據傳輸的時間耗費與傳輸數據量及傳輸路線有關，對於簡單處理工作，由於傳輸的圖像及控制數據量非常少，不同方案對數據傳輸時問影響不大，但當圖像處理工作複雜，需要進行大量數據交換時，不同方案的數據傳輸時間差異很大，會對系統效率產生極為重要影響。

圖像處理是影響系統效率的核心環節，由於在上述方案二或三中，採用基本DSP技術的獨立圖像處理單元，提高了圖像旋轉過程中的坐標及像素變換運算速度，縮短了處理時間，提升了系統效率。對於不同複雜程度的處理套用，該環節對系統效率的影響不同，對於簡單的運算處理，軟硬體處理沒有明顯差別，但是，隨著圖像處理運算複雜度的增加，採用DSP處理對系統個幀存儲大小，幀內預測的過程節省大約75.6%的運行時間，對 整個1幀的轉碼過程能提高32.1%的處理速度。