Rabbit3000與HElOlO 圖像傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)相機(jī)-新品速遞

精品文檔-下載后可編輯Rabbit3000與HElOlO圖像傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)相機(jī)-新品速遞在家用報(bào)警系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)控、智能小區(qū)中，由于原有的系統(tǒng)一般只能采集相關(guān)數(shù)據(jù)，然后按專有的或特定的網(wǎng)絡(luò)傳送。在應(yīng)用中，用戶常常反映有兩大缺點(diǎn)。其一，不能看到現(xiàn)場(chǎng)圖像。其二，監(jiān)視限于特定專網(wǎng)，比如通過局域網(wǎng)、電話網(wǎng)、視頻線監(jiān)控網(wǎng)等。因而通過Internet進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攝像的需求十分迫切。1系統(tǒng)構(gòu)成

網(wǎng)絡(luò)相機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示，MEl010是10萬像素的CMOS圖像傳感器芯片，Rabbit3000模塊基于Rab-bit3000單片機(jī)。該單片機(jī)基于Z80內(nèi)核，時(shí)鐘頻率可達(dá)54MHz，有6個(gè)高速串行口和56個(gè)I／O口，直接驅(qū)動(dòng)512KBSRAM、512KBFlash，通過以太網(wǎng)接口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)．TCP傳輸速率可達(dá)到6Mb／s。美國(guó)Z-World公司提供的DynamicC開發(fā)工具提供了TCP協(xié)議棧函數(shù)支持，以及C、匯編混合編程的功能，非常適合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)相機(jī)實(shí)現(xiàn)以下功能：直接驅(qū)動(dòng)MEl010CMOS攝像芯片攝像，并進(jìn)行圖像處理，同時(shí)內(nèi)置一個(gè)微型WEB服務(wù)器，用戶可以在因特網(wǎng)上訪問WEB頁(yè)。通過CGI接口進(jìn)行靜態(tài)圖像拍攝，如增加SOCKET接口，也可通過Activex控件拍攝動(dòng)態(tài)圖像?？蛇x擇160×120彩色、320×240黑白兩種圖像格式。

2CMOS攝像芯片的控制2.1MElO1O的結(jié)構(gòu)及拍攝南京微盟電子的MElOlOCMOS圖像傳感芯片可拍攝352×288的彩色及黑白圖像，內(nèi)部功能框圖如圖2所示。

該芯片的工作原理：通過Samp、SampG腳進(jìn)行采樣控制，即拍攝圖像。拍攝后該芯片把圖像各點(diǎn)的模擬電壓存入緩沖區(qū)中，形成一個(gè)352×288的像素?cái)?shù)據(jù)陣列，單片機(jī)可以通過改變行列地址ADR(8..O)逐點(diǎn)訪問圖像緩沖區(qū)。該圖像緩沖實(shí)際上是把每個(gè)像素的光感應(yīng)電壓存入一個(gè)小電容中，通過在ADCClk腳輸入時(shí)鐘脈沖，MElO1O在ADCclk的低電平期間進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，上升沿輸出。然后單片機(jī)即可以從數(shù)據(jù)口ADCount(7～0)中讀出對(duì)應(yīng)行、列地址的像素?cái)?shù)據(jù)。其中行與列地址共用9條地址線，由XYSEL腳產(chǎn)生的脈沖切換。具有圖像緩沖區(qū)是MElO1O的特點(diǎn)，一般的CMOS傳感器都必須用CPLD將圖像數(shù)據(jù)以很快的速度送人RAM存儲(chǔ)，通常為13MB／s左右，再由單片機(jī)來讀取，因而接口比較復(fù)雜。MElO1O的這一特點(diǎn)使得Rab-bit3OOO可以直接讀取，結(jié)合Rab_bit3OOO強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，從而構(gòu)成了具有特色的網(wǎng)絡(luò)相機(jī)。拍攝時(shí)序如圖3所示。

2.2圖像的讀取使Rabbit3OOO單片機(jī)的PEl，PF(7～O)與MEIOIO的地址線ADR(8~O)、PA(7～O)與數(shù)據(jù)線ADcount(7~O)相連，PB7與模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘ADCclk相連。現(xiàn)在以讀取16O×12O彩色圖像的一行為例，介紹讀取過程，程序用匯編實(shí)現(xiàn)，以加快圖像讀取速度。讀取圖像時(shí)序如圖4所示。

#asmdebugreadoneline：：；讀入一行數(shù)據(jù)；讀取到linbuf中1dhl，linebuf;指針hl指向linebufldde，16O；一行16O像素ldC,rp_read：：ADCclkioilda，(PBDR)；產(chǎn)生ADC時(shí)鐘resO，aioild(PBDRl，asetO，aiOild(PBDR)，aioilda，(PADR)；從PA讀入數(shù)據(jù)ld(hl)，a；讀入數(shù)據(jù)到linbuf，指針hl指向llnbuf的對(duì)應(yīng)位inchl；指針下移incc；計(jì)數(shù)器加1lda，cioild(PFDR)，a；地址加1decde；讀完160像素jrnz，rp_read：否則讀下一個(gè)ret#endasm

3圖像處理3.1FPN的消除由于CMOS圖像傳感器會(huì)產(chǎn)生固有噪聲FPN(FixedPatternNoise)，MElO1O要求用軟件來完成噪聲消除處理，否則拍出的圖像表面將疊加許多細(xì)碎的色點(diǎn)，這些噪聲點(diǎn)的位置大小顏色是固定的，由CMOS圖像芯片及電路本身所決定。FPN消除的方法是在正式拍攝前，先拍攝一張曝光時(shí)間接近于O的圖像，由于FPN的存在，雖然感光接近于O，但該圖像并非是均勻的全黑照片，而是會(huì)出現(xiàn)些彩色噪聲點(diǎn)。將此圖像存在內(nèi)存中，作為參照，照一張圖像，都與這張參照?qǐng)D像相減，從而消除FPN.3.2彩色插值讀出并經(jīng)FPN消除后的數(shù)據(jù)實(shí)際上是RGB陣列,MN1O1O通過在感光面上蒙一層RGB彩色濾鏡(可選擇,若無濾鏡即為黑白芯片)實(shí)現(xiàn)彩色功能,濾鏡排列如圖5所示,這是一般圖像傳感器使用的MosaicBayer濾鏡，從O行算起，偶數(shù)行排列為RGRGRG……奇數(shù)行排列為GBGBGB……因此每一點(diǎn)的數(shù)據(jù)只代表該點(diǎn)的一種顏色光強(qiáng)度值(灰度值)，還需根據(jù)相應(yīng)算法進(jìn)行彩色化插值處理。利用周邊像素的信息，“猜測(cè)”算出該點(diǎn)“應(yīng)該”具有的另外兩種顏色光強(qiáng)度，從而得到完整的RGB值，構(gòu)成24位真彩色圖像。這種以彩色插值的方法來達(dá)到“趨近”真彩色的處理方式，其圖像質(zhì)量雖然不如使用真正(R、G、B)三組像素型的彩色攝像技術(shù)，但已經(jīng)可以滿足通常的圖像檢測(cè)需要。

算法示例如下：設(shè)i，j分別為行數(shù)和列數(shù)，當(dāng)Ri，j有i％2==O＆＆j％2==0時(shí)，算法為R=Ri，jG=(Gri，j-1+Gri，j+l十Gbi-1，j+Gbi+l，j)／4B=(Bi-i，j-1+Bi—I，j+1+Bi+l，j-1+Bi+l，j+1)／4對(duì)應(yīng)的Rabbit3OOO的C程序?yàn)閒orm_rfgb(){…

}

3.3嵌入圖像到HTTP服務(wù)器經(jīng)過RGB插值合成后已經(jīng)可以得到真彩色圖像，但完整的圖像處理還需要進(jìn)行曝光控制，γ較正，白平衡調(diào)整等。曝光控制算法主要是計(jì)算各像素亮度的平均量。自平衡調(diào)整則是由于CMOS傳感器、人眼對(duì)RGB三顏色光的靈敏度不同，所以需對(duì)R、G、B三種像素的值乘以比例因子加以較正。Υ較正則主要是調(diào)整對(duì)比度。獲得完整的圖像數(shù)據(jù)后，加入BMP文件頭，形成newfile，C程序代碼如下：voidmakefile(){charnewfilesize[4]；newfilesize[0]=0x3a；文件大小newfilesize[1]=Oxe5；newfilesize[2]=O；newfilesize[3]=O；root2xmem(newfile，newfilesize，4)；設(shè)置文件大小sspec_addxmemfile(”／databmp”，newfile，SERVE_RHTTP)；嵌入HTTP服務(wù)器

4HTTP服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)通過基于Rabbit3OOO的模塊實(shí)現(xiàn)HTTP服務(wù)器并不難，只需使用網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)軟件如Dreamwave、Frontpage等，設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，然后導(dǎo)出到Rabbit3OOO模塊的HTTP服務(wù)器中即可。設(shè)網(wǎng)頁(yè)文件名為index.html，網(wǎng)頁(yè)中含有圖片ledon.gif，存放的目錄是samples／RCM32OO／pages，使用以下指令將文件導(dǎo)出到HTTP服務(wù)器中。#Ximport”samples／RCM32OO／pages／index.shtml"indexhtml#Ximport”samples／RCM32OO，pages／ledon.gif"ledon_gif此外還需聲明HTTP服務(wù)器中的文件類型HttpTypehttp_types[]及設(shè)置HTTP服務(wù)器可訪問文件、變量、函數(shù)的結(jié)構(gòu)類型HttpSpechttp_flashspec[]。主程序中運(yùn)行HTTP服務(wù)器的相關(guān)代碼如下：main(){sock__init()；while(1){HTTP_server()；

}

5通過CGl接口控制拍攝在HttpSpechttp_flashspec[]中加入以下定義：{HTTPSPEC_FUNCTION，”／get_photocgi”，O，get_hototoggle，O，NULL，NULL}。在網(wǎng)頁(yè)中嵌入按鈕圖標(biāo)，假設(shè)為button．gif，使其鏈接到”／get_photocgi”，點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的button按鈕時(shí)，程序?qū)⑻D(zhuǎn)執(zhí)行以下函數(shù)：intget_hototoggle(HTTPState*state){get_hoto();拍攝圖像cgi_redirectto(state，’datahtml’)；跳轉(zhuǎn)到data.html網(wǎng)頁(yè)中，；(該網(wǎng)頁(yè)含所拍攝的圖像文件)returnO：

}

即可看到所拍攝的圖像。

本文以拍攝160×120分辨率的彩色圖像為例介紹。由于Rabbit3000單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的內(nèi)存有限，當(dāng)分辨率更高，如320×240時(shí)，一般建議存儲(chǔ)黑白圖像，可以減少文件大小。

結(jié)語結(jié)合基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的圖像技術(shù)是報(bào)警系統(tǒng)、工業(yè)控制、智能家居發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，主要有基于8位單片機(jī)、DSP及ARM的圖像處理方案。其底層的圖像處理及CMOS圖像芯片的控制有諸多相