基于DM6437的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)

摘要：為了適應(yīng)現(xiàn)代采集系統(tǒng)的小型化以及數(shù)字化需要，設(shè)計(jì)了一種基于達(dá)芬奇技術(shù)DSP芯片的數(shù)字圖像采集系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)方法不需要外接編解碼芯片，直接連接數(shù)字攝像頭，減少了D／A轉(zhuǎn)換帶來(lái)的圖像干擾，同時(shí)利用了迭芬奇系列DSP上集成的視頻處理子系統(tǒng)組件(VPSS)，其中的視頻處理前端(VPFE)以硬件方式對(duì)數(shù)字視頻圖像進(jìn)行視頻采集、CFA插值、色彩空問(wèn)變換等圖像預(yù)處理操作，簡(jiǎn)化了軟件設(shè)計(jì)。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)采集到的視頻圖像清晰、穩(wěn)定、色彩均衡，滿足普通攝像機(jī)對(duì)視頻圖像的要求。
關(guān)鍵詞：數(shù)字攝像機(jī)；視頻采集；DM6437；VPFE

隨著社會(huì)的發(fā)展變化，視頻監(jiān)控已應(yīng)用于交通、金融、電力、家庭、公安消防等領(lǐng)域，視頻監(jiān)控的技術(shù)和手段也在不斷地發(fā)展和提高。攝像機(jī)的關(guān)鍵器件為圖像傳感器。目前，圖像傳感器主要分為為CCD和CMOS兩種類型，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。不過(guò)，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢(shì)。用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻圖像處理芯片主要DSP，DSP芯片強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算能力可以完成很多復(fù)雜的算法。TI也針對(duì)圖像處理方面發(fā)布了達(dá)芬奇系列的DSP芯片，芯片上面集成了一個(gè)視頻處理子系統(tǒng)專用于視頻采集和顯示，極大的方便了用戶進(jìn)行視頻采集和視頻顯示。

1 攝像機(jī)工作原理以及關(guān)鍵技術(shù)說(shuō)明
數(shù)字?jǐn)z像機(jī)是指把圖像傳感器采集到的數(shù)字圖像信號(hào)直接傳送給后端的圖像處理芯片進(jìn)行處理，不進(jìn)行傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)的數(shù)字圖像信號(hào)的數(shù)／模、模／數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，這樣就避免圖像信號(hào)數(shù)／模轉(zhuǎn)換過(guò)程帶來(lái)的噪聲影響。圖像傳感器送出的Bayer格式數(shù)字圖像信號(hào)將被直接被后端的圖像處理芯片采集，然后對(duì)采集到的視頻信號(hào)進(jìn)行CFA插值、色彩空間轉(zhuǎn)換等操作。最后生成YUV格式的視頻圖像，生成的YUV格式視頻圖像可以存儲(chǔ)起來(lái)或者通過(guò)網(wǎng)口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。
Bayer格式：CMOS圖像傳感器光敏區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)像素感應(yīng)一種顏色，其中R感應(yīng)紅光，G代表綠光，B感應(yīng)藍(lán)光。奇行掃描輸出為R、G、R、G…，偶行掃描輸出為G、B、G、B…。其格式如圖1所示。

CFA插值：Bayer格式圖像信號(hào)每像素只代表一種顏色，而像素顏色需要3原色來(lái)進(jìn)行表示，需要對(duì)Bayer格式的圖像信號(hào)進(jìn)行插值，輸出的圖像使用臨近像素中相同顏色成分做線性平均計(jì)算來(lái)補(bǔ)償每個(gè)像素丟失的顏色。最終，每像素用R、G、B 3種顏色來(lái)表示也就是所謂RGB格式圖像。
色彩空間轉(zhuǎn)換：在圖形圖像的處理過(guò)程中，RGB的效率不是很高，因?yàn)樵诋a(chǎn)生任何一種顏色時(shí)，R、G、B 3者需要同樣的帶寬，修改像素的亮度和色度的時(shí)候需要3者全部修改。而YUV色彩空間描述了亮度和色度的概念，Y指亮度，U指色調(diào)，V指飽和度。色彩空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。