VC++基于USB摄像头的图像捕获及信号处理设计与实现(2)
总结 31
致谢 32
参考文献 33
1 引言
1.1 概述
伴随着中国城市化的进程，国家提出“和谐社会，平安城市”思路，全社会迫切需要利用先进的安防技术，对突发事件和安全隐患进行预防。随着2008年“奥运会”、2010年“世博会”等重要国际活动在华举行，视频采集及视频监控产业持续保持20%以上的高增长速度。受这些因素的影响，目前信息技术的发展正处于一个激烈变革的时代，个人化、数字化、移动化趋势变的更加明显。这次技术革命的特点表现为：新技术带来的转型是整体性的，几乎覆盖了整个多媒体通信领域，为多级视频联网采集和监控提供了全新的技术基础。视频捕获的发展在经历了模拟时代、数字时代、远程时代后，正大步跨入城域、广域互连的崭新阶段。视频监控的数字化进程方兴未艾、网络化进程刚刚起步、智能化进程已呼之欲出，这正是信息技术扮演着重要的催化剂作用。
从本质来说，视频监控系统的核心就是视频采集和捕获系统，它通过高速的A/D转换芯片，将模拟信号采集为数字信号，进行全天候的存储、传输、显示。以实现视频的实时获取和监控。
更进一步的来讲，随着网络的高速发展，普及城域视频监控系统已成为现实，在一个中等城市监控联网的监控点会在10000个以上，分散在各个部门管辖范围内，用已有的各种网络实现系统接入，实现大范围监管。在这样的大型系统中，前端的设备不仅实时采集视频图像，还可以收集前端摄像头提供的报警信息和位置信息等等，利用数据处理技术对各种信息进行处理后，集中显示在大型监控中心的处理器上，以提供有效的管理。
随着人工智能技术的进步，今后视频监控系统发展将更为关注监控对象，利用人工智能和图像识别功能，从传统的庞大视频流中将有用特征直接提取出来，这对视频数据采集提出了更高的要求，并针对性地对这些特征进行分析、识别等处理，来实现事先预警的功能，从而提高反应速度，达到预防为主的目的。
图像的实时捕获是视频监控的关键部分之一，它决定了我们能否及时获取监控对象的特征、位置等信息。一般的监控系统通过安装专业的设备和专门的硬件设施都可以达到这一目的，这样所需的成本比较高。因此，本文从前端摄像头的视频图像捕获和图像信号处理入手，探讨和设计一种基于USB摄像头的图像捕获和处理的简单方法。通过该方法中的一系列步骤和文中介绍的平台，我们只需要用带USB接口的摄像头，或者是普通PC机上自带的内置摄像头，就可以简单、灵活地对指定区域的场景信息进行捕获并对所获得的图像数据进行处理和分析。
1.2 摄像头简介
1.2.1 摄像头组成及工作原理
一个摄像头主要由镜头、感光芯片和主控芯片这三个部分组成。摄像头的核心就是镜头，现在市面上的分别有两种感光元器件的镜头，一种是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器），一般是用于摄影摄像方面的高端技术元件，应用技术成熟，成像效果较好，但是价格相对而言较贵。另外一种是比较新型的感光器件CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体），它相对于CCD来说价格低，功耗小。较早期的CMOS对光源的要求比较高，现在在采用CMOS为感光元器件的产品中，通过采用影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，可以接近CCD摄像头的效果。现在的高端摄像头，比如Logitech、Creative的产品基本都采用的是CCD感光元器件,主流产品则基本是CCD和CMOS平分秋色,总的来说还是CCD的效果好一点，目前CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸，在相同的分辨率下，宜选择元件尺寸较大的为好。感光芯片是组成数码摄像头的重要组成部分，根据元件不同分为CCD感光芯片，应用在摄影摄像方面的高端技术元件。CMOS感光芯片，应用于较低影像品质的产品中。CCD的优点是灵敏度高，噪音小，信噪比大。但是生产工艺复杂、成本高、功耗高。CMOS的优点是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好。当前的主控芯片(DSP)里,中星微(VIMICRO)301Plus主控芯片，是目前摄像头中最好的核心IC之一。在DSP的选择上，是根据摄像头成本、市场接受程度来进行确定。现在DSP厂商在设计、生产DSP的技术已经逐渐成熟，在各项技术指标上相差不是很大，只是有些DSP在细微的环节及驱动程序要进行进一步改进。
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