摘要：借助数码相机摄像原理，融合高速单片机技术、fpga技术、高速cmos图像传感器技术、点阵图形液晶技术和高速网络传输技术等，研制了一种智能化、网络化、小型化的图像监测系统。实践表明，这种系统可以缩短开发周期，灵活性好、柔性强；由于通过以太网控制器实现图像的数据传输，使系统数据传输速度和稳定性大大提高；而软件设计的模块化结构又使系统的通用性和可移植性增强，有利于系统的功能扩展。 关键词：fpga 以太网控制器 嵌入式系统cmos图像传感器 图像监测 图像监测在许多领域有着广泛的应用，目前已经安装上的图像监测系统大约60%沿用早期的摄像头加电视和录像带，并采用有线模拟视频传输技术构成。这种方案存在图像质量低、录像带不易保管、资源容易删改、录像机磁鼓寿命短、需专人看管换带、数据的存储量大、查询取证检索和图像压缩后期处理困难等难点。另一方面，有线模拟视频监测存在无线联网、只能以点对点的方式监视现场、布线工程量极大、对距离十分敏感、不能为远程实时监测和中心联网监测提供可扩展性等技术性缺陷。本文提出一种采用fpga和cmos数字传感器实现前端数据采集、利用单片机进行图像鉴别和压缩、通过以太网控制器实现图像数据传输的图像监测系统。该系统不仅实现了图像信号数据采集，而且数据传输速度和稳定性高；不仅灵活性好、成本低，而且具有网络化、智能化等优点。1 系统组成和工作原理 整个图象监测系统采用c/s架构，由本地服务器和多台智能图像采集前端组成分布式网络监测系统。本地服务器和图像采集前端在实现时使用的是自成局域网的方案，采用udp传输协议和分时轮循管理模式。客户端采集数据，本地服务器处理数据和发送数据。本地服务器之间通过广域网连接，采用ftp传输协议。系统网络连接如图1所示。 嵌入式cpu对采集来的数据进行识别处理，并将有效的图像数据通过以太网卡控制器发送到本地服务器，本地服务器进行图像处理或显示，并向各个终端发送控制信息。同时，本地服务器还决定是否处理过的数据发送到广域网上。2 图像采集传输系统 图像采集传输系统前端采集图像信号，并将它转化为数字信号，由cpu将这些图像数据通过网络上传到服务器，以供服务器进行图像处理或显示等。同时，服务器也通过网络同图像采集前端发送控制信号、显示信息，向终端查询设备状态、设备信息以及发布网络的辅助协议数据包等。图像采集传输系统包括图像采集存储模块、输入输出模块、电源设计模块、通信模块、红外检测和有效图像识别模块以及其它的附属单元。 2．1 图像采集存储模块 系统的图像传感器选择的是cmos型高分辨率、高速率彩色图像传感器ov7620。如果用cpu直接从cmos芯片中采集数据，cpu的速度跟不上，存在着高速外设与低速cpu之间不匹配的问题，因此用fpga实现图像传感器和cpu之间的速度匹配，如图2所示。fpga内部可以分为内存分配、产生sram的读写时序和地址、为网卡和cmos提供主频、键盘扩展、产生lcd的控制时序等几部分以及其它附属模块。 fpga根据cpu的读写信号和cmos的输出信号产生缓存的读写时序和地址信号。当一帧图像采集完成时，fpga向cpu发出一个申请信号，表示缓存里面有一帧数据可以进行读取。如果cpu不应答，表示这帧数据可以丢弃。这时fpga重新根据cmos图像传感器的输出信号向缓存输送一帧数据，如此循环。如果cpu给出应答信号，fpga停止向缓存输送数据，等待cpu发送读信号。当cpu发出读信号时，fpga把cpu的读信号转化为内存的读信号。即fpga首先根据cmos的输出数据转化为内存的读信号。2．2 人机界面设计 键盘采用4×4矩阵键盘，键的功能定义分为数字键和功能键，数字键为0～9，系统的功能键主要有clr（清除键）、ok（确认键）、menu（主菜单键）、上翻键、下翻键、查年系统ip地址键。液晶显示器选用信利公司的产品，其分辨率为128×32点阵。人机界面接口如图3所示。图32．3 红外检测和图像识别模块 红外检测和有效图像识别模块的作用是减轻网络的负载，使在实际网络中传输的任何连续两帧图像数据不会重复。采用嵌入式cpu进行图像的模式识别，判断连续两帧图像是否有变化。其电路如图4所示。2．4 rs422通信模块 为了使图像采集前端和其它设备能够进行网际互联，系统挂接了一套全双工总线式rs422串口通讯模式接口电路，满足了传输速率不太高、传输距离远的要求。在实际传输中系统选用的波特率为19200，多机通讯模式，一帧数据长度为11位。3 嵌入式以太网模块设计 以太网控制器dm9008f的数据总线是与系统cpu的数据总线直接相连的，通过红外检测的方式判断图像是否有效。为了提高图像数据的导入速度，系统使用的图像数据由高速缓存