基于Web服务器的高性能CCD相机数据采集系统设计

    1 引言

    高性能CCD相机具有分辨率高、信噪比大,以及动态范围大、光谱响应范围宽等特点,在军事、科学研究和医疗等方面得到广泛的应用。与此同时,相机性能的提高给图像采集系统提出了更高的要求。传统的CCD相机数据采集系统多采用电平信号的方式进行数据传输,如PCI数据采集卡,视频卡等设备[1]。这些采集方法容易受传输距离的限制,而且抗干扰性能不强,如恶劣的电磁环境就会严重影响图像质量,对于高性能CCD相机而言影响更为突出。为解决这些问题,本文设计了基于嵌入式Web服务器的相机数据采集系统,并以千兆光纤为介质通过网络的形式传输数据,充分利用了光纤的抗干扰能力强和速度快的特点,同时数据采集软件只在服务器平台中运行,工作人员在与服务器联网的任何地方仅通过IE浏览器就可以直接控制相机和采集数据,打破了距离的限制,提高了软件的保密性。

    2 数据采集系统硬件设计

    相机数据采集系统硬件结构如图1所示,系统主要由图像采集单元、图像处理单元、系统控制单元和光纤传输单元四部分组成。CCD信号处理芯片VSP3200完成对相机输出信号的放大和模数转换,TMS320C5416完成图像数据的校正和自适应算法,ARM920T核微处理器S3C2410为控制核心,完成指令数据显示,数据传输,网络管理等功能,同时协调各个模块的工作。ARM920T是高性能、低功耗特性方面最佳的通用系统封装微处理器,它采用5级流水线结构,具有指令和数据Cache,支持协处理器、片上调试和MMU等技术,已经被广泛应用于手持计算装置、数据通信和消费电子多媒体产品中[2]。CY7b923与ATR-07000分别是电光转换模块和千兆光纤收发模块,完成图像数据从电信号到光信号的转换并通过光纤发送。

    系统采集相机输出图像过程为:首先将相机输出的模拟信号通过VSP3200进行低噪声放大和相关双采样,接着将转换后的数字图像信号送入TMS320C5416进行图像的校正和增强,数据处理完成后中断通知S3C2410, S3C2410响应中断将图像数据采集到存储器中等待服务器指令调用,当有客户端请求时就将数据通过电光转换后由光纤收发模块发送出去。连接在以太网的客户机只要安装有光纤网卡就可以通过网络接收相机采集的图像。

    3 系统软件设计

    数据采集系统软件主要包括图像处理算法和嵌入式Web服务器的设计,由于图像处理算法已经相当成熟,只需要采用合适的算法包就可以实现相应的功能,我们在这里重点介绍Web服务器的设计和实现。

    3.1 Linux交叉编译环境

    嵌入式Linux具有开放的源码、高效稳定的内核、良好的开发环境以及支持多种硬件平台等特点,已经广泛应用于各种微处理器中。我们将嵌入式Linux移植到系统中作为Web服务器的平台。系统采用宿主机+目标板的开发模式,宿主机为PC机+redhat9.0,目标板就是我们的系统和嵌入式Linux,在PC机上编写Web服务器和相关应用程序,然后通过交叉编译环境编译成为目标板可执行代码,最后通过tftp将服务器移植到目标板中运行。系统所采用的交叉编译器为arm-linux-gcc2.95.3。