本發(fā)明涉及一種圖像采集系統(tǒng)，具體涉及一種基于ARM的嵌入式便攜式多功能圖像采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，公安現(xiàn)役部隊(duì)在消防領(lǐng)域濃煙、水霧等低可見度以及復(fù)雜水體環(huán)境下的圖像采集等方面存在很大的技術(shù)空白，這方面的技術(shù)應(yīng)用有很大的發(fā)展前景。

隨著社會環(huán)境和外部環(huán)境日益復(fù)雜化，公安現(xiàn)役部隊(duì)在消防救災(zāi)、水下監(jiān)視、水底搜救打撈、船舶檢修等方面需要強(qiáng)大的技術(shù)支撐。本系統(tǒng)涉及的圖像采集技術(shù)作為一種數(shù)據(jù)的采集處理方式不僅在消防滅火、管道的檢修、水下監(jiān)視航行、海洋防務(wù)等方面起著巨大作用，在外圍環(huán)境的監(jiān)控等方面同樣應(yīng)用廣泛。因此，研究開發(fā)便攜式多功能圖像采集系統(tǒng)無論從現(xiàn)實(shí)需求還是發(fā)展前景層面來看都顯得迫在眉睫。

傳統(tǒng)的CCD圖像采集系統(tǒng)速度慢、功能單一、功耗大、體積龐大，已經(jīng)不能滿足日益多元化、復(fù)雜化的圖像采集和實(shí)時顯示需要，尤其在一些新興的應(yīng)用領(lǐng)域(如濃煙、水霧等低能見度環(huán)境下物體辨識、水下圖像實(shí)時顯示、智能監(jiān)控、水下故障檢修等)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于ARM的嵌入式便攜式多功能圖像采集系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案：

一種基于ARM的嵌入式便攜式多功能圖像采集系統(tǒng)，包括如下模塊：

圖像采集模塊，為CMOS圖像傳感器，設(shè)有接口電路，與數(shù)據(jù)處理模塊相連，采集圖像后經(jīng)緩存器傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊；

ARM數(shù)據(jù)處理模塊，為STM32F103ZET6單片機(jī)，通過SCCB總線讀取圖像采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后發(fā)送至顯示模塊，數(shù)據(jù)處理模塊上還設(shè)有USB轉(zhuǎn)串口電路、復(fù)位電路、LCD接口電路和晶振電路；

顯示模塊，為LCD液晶顯示屏，與數(shù)據(jù)處理模塊的LCD接口電路相連，用于實(shí)時顯示圖像數(shù)據(jù)；

存儲模塊，與數(shù)據(jù)處理模塊相連，存儲經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的圖像信息；

電源模塊，為上述各模塊供電。

進(jìn)一步的，所述圖像采集模塊為帶FIFO緩存器的OV7670攝像頭模塊。

進(jìn)一步的，所述FIFO緩存器型號為AL422B。

進(jìn)一步的，所述攝像頭模塊采用鈦黑金材質(zhì)的圓柱形封裝，整個攝像頭部分直徑為60mm，長度為100mm。

進(jìn)一步的，所述攝像頭邊緣采用888透明膠水實(shí)現(xiàn)水下環(huán)境的密封。

進(jìn)一步的，所述攝像頭選用33顆高亮度的白色LED發(fā)光二極管作為光源，并將它們均勻鑲嵌在OV7670攝像頭傳感器鏡頭前端，按圓周均布兩周。

進(jìn)一步的，所述攝像頭利用多檔位的控制開關(guān)來選擇不同阻值的電阻接入電路實(shí)現(xiàn)對33顆LED發(fā)光二極管的燈光亮度控制，滿足圖像采集對不同環(huán)境的燈光需求。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理模塊上還設(shè)有JTAG調(diào)試接口，JTAG調(diào)試接口連接調(diào)試電路。

進(jìn)一步的，所述存儲模塊為SD卡。

本發(fā)明公開的一種基于ARM的嵌入式便攜式多功能圖像采集系統(tǒng)，具有以下有益效果：

利用STM32單片機(jī)對圖像數(shù)據(jù)的快速處理能力，很好的滿足了圖像的實(shí)時顯示要求，同時整個系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性，通過修改程序和配置不同的接口可以滿足不同場合的圖像采集和監(jiān)控需求，在消防救災(zāi)、海警艦艇水下管道和艦艇體的檢修、環(huán)境的自動監(jiān)控、水下搜救打撈等很多方面有重要應(yīng)用。

整個系統(tǒng)由圖像采集模塊、電源、PC機(jī)、攝像頭幾部分構(gòu)成，通過對嵌入式圖像采集系統(tǒng)分別進(jìn)行了濃煙、明火等低能見度、不同燈光、不同物體形狀和不同水體環(huán)境下的采集實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)分析，表明本圖像采集系統(tǒng)設(shè)計合理，硬件電路簡潔，軟件編程容易，不同環(huán)境下圖像實(shí)時采集清晰流暢，證明了系統(tǒng)的可靠性，同時體積小、功耗小、成本低，達(dá)到了設(shè)計要求，同時該圖像采集技術(shù)可以進(jìn)一步擴(kuò)展利用，具有較高的實(shí)用價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的連接示意圖；

圖2是電源供電部分電路圖；

圖3是復(fù)位電路圖；

圖4是LCD接口電路圖；

圖5是USB轉(zhuǎn)串口電路圖；

圖6是攝像頭模塊接口電路圖；

圖7是攝像頭與LED發(fā)光二極管排列示意圖；

其中：

1-攝像頭 2-發(fā)光二極管

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例并參照附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

見圖1。一種基于ARM的嵌入式便攜式多功能圖像采集系統(tǒng)，包括如下模塊：

圖像采集模塊，為CMOS圖像傳感器，設(shè)有接口電路，與數(shù)據(jù)處理模塊相連，采集圖像后經(jīng)緩存器傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊；

ARM數(shù)據(jù)處理模塊，為STM32F103ZET6單片機(jī)，通過SCCB總線讀取圖像采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后發(fā)送至顯示模塊，數(shù)據(jù)處理模塊上還設(shè)有USB轉(zhuǎn)串口電路、復(fù)位電路、LCD接口電路和晶振電路；

顯示模塊，為LCD液晶顯示屏，與數(shù)據(jù)處理模塊的LCD接口電路相連，用于實(shí)時顯示圖像數(shù)據(jù)；

存儲模塊，與數(shù)據(jù)處理模塊相連，存儲經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的圖像信息；

電源模塊，為上述各模塊供電。

本實(shí)施例中，所述圖像采集模塊為帶FIFO緩存器的OV7670攝像頭模塊，所述FIFO緩存器型號為AL422B。

本實(shí)施例中，考慮到便攜式多功能圖像采集對系統(tǒng)堅(jiān)固性和防腐性的要求，所述攝像頭模塊采用鈦黑金材質(zhì)的圓柱形封裝，整個攝像頭部分直徑為60mm，長度為100mm。為了實(shí)現(xiàn)外圍環(huán)境下的密封，攝像頭1邊緣采用888透明膠水解決水下密封的問題。攝像頭選用33顆高亮度的白色LED發(fā)光二極管2作為光源，并將它們均勻鑲嵌在OV7670攝像頭傳感器鏡頭前端，按圓周均布兩周(見圖7)。攝像頭1利用多檔位的控制開關(guān)來選擇不同阻值的電阻接入電路實(shí)現(xiàn)對33顆LED發(fā)光二極管2的燈光亮度控制，滿足圖像采集對不同環(huán)境的燈光需求。

本實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)處理模塊上還設(shè)有JTAG調(diào)試接口，JTAG調(diào)試接口連接調(diào)試電路。

本實(shí)施例中，所述存儲模塊為SD卡。

為了方便操作，整個系統(tǒng)設(shè)計為外接電源供電，同時打控制面板來控制供電，控制面板帶總開關(guān)、燈光旋轉(zhuǎn)開關(guān)、攝像頭控制接口、燈光控制接口和電源輸入接口，通過220V交流電轉(zhuǎn)12V直流電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)STM32、攝像頭、LED燈光的供電一體化。整個系統(tǒng)的供電由4根電源線控制，包含18根攝像頭信號線和兩根LED燈光控制線。

本發(fā)明中，原始信號經(jīng)過處理器之后，分G和BR兩路進(jìn)入一個10位的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器工作在12Mhz頻率，與像素頻率同步。

見圖2。圖2中共有U16、U17和U19三個穩(wěn)壓芯片，DC_IN用于直流電源輸入，經(jīng)過U17直流轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為5V電源輸出，D4是防反接二極管，避免外部直流電源極性接錯而燒壞單片機(jī)。K1為電源總開關(guān)，F(xiàn)1為500ma保險絲，用于保護(hù)電源。U16為3.3V穩(wěn)壓芯片，用來提供3.3V穩(wěn)壓電源，而U19則是1.8V穩(wěn)壓芯片。

見圖3。設(shè)計的電路為低電平復(fù)位，與單片機(jī)保持同步，R32和C51構(gòu)成了上電復(fù)位電路。同時，TFT-LCD的復(fù)位引腳也接在RESET按鍵上，可以同時復(fù)位單片機(jī)和TFT-LCD，減少I/O口的使用。

見圖4。圖4中TFT-LCD是一個通用的液晶模塊接口，TFT-LCD模塊同時與FSMC接口相連，顯著提高了刷屏速度。圖3中的T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_SCK用來實(shí)現(xiàn)對液晶觸摸屏的控制。LCD_BL則控制LCD的背光。

見圖5。USB轉(zhuǎn)串口電路原理圖如圖5所示。本發(fā)明USB轉(zhuǎn)串口選用CH340G芯片。圖中Q2和Q3的組合構(gòu)成了開發(fā)板的一鍵下載電路，只需要在mcuisp軟件設(shè)置：DTR的低電平復(fù)位，RTS高電平進(jìn)Boot Loader。其中，BOOT0則是啟動模式的B0信號。USB_232提供CH340G和電腦通信的接口，同時可以給單片機(jī)提供電源，向單片機(jī)下載代碼主要是通過USB_232接口來實(shí)現(xiàn)的。

見圖6。圖中P8是接口可以用來連接OV7670攝像頭模塊。其中，OV_SCL，OV_SDA，F(xiàn)IFO_WRST，F(xiàn)IFO_RRST，F(xiàn)IFO_OE這5個信號是分別連接在MCU的PD3，PG13，PD6，PG14，PG15上面，OV_DO～OV_D7則連接在PCO～7上面(放在連續(xù)的IO上，可以提高讀寫效率)，F(xiàn)IFO_RCLK，F(xiàn)IFO_WEN，OV_VSYNC這3個信號是分別連接在MCU的PB4，PB3，PA8上面。

整個OV7670的工作流程是：利用I2C控制總線進(jìn)行寄存器的初始化和通過FSMC控制器完成TFT-LCD液晶顯示屏的初始化，數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過SCCB接口，初始化工作完成后，通過上位機(jī)軟件mcuisp將圖像采集的驅(qū)動程序加載到Cortex-M3處理器內(nèi)核中，將攝像頭應(yīng)用程序運(yùn)行起來，這樣在2.8寸的TFT-LCD液晶顯示屏上就可以顯示采集的圖像數(shù)據(jù)了。圖像分辨率為320*240，圖像被存儲在32G的金士頓SD卡中?？梢酝ㄟ^PC機(jī)查看。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的前提下，還可以對本發(fā)明做出的若干改進(jìn)和補(bǔ)充，這些改進(jìn)和補(bǔ)充，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。