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無線照相技術是新興的利用可擴展、可移動的儲存設備進行圖像數據存儲照相技術,主要依賴於數位影像技術。其技術發展迅猛,與以前各種技術的發展的最大區別是發展的速度、沒有醞釀時期。該技術廣泛應用於醫療設備、手機拍照、3G視頻通話、網路攝像等。市場上無線照相設備的廠家有赫立訊和愛立信等。

1 無線照相 -概述

發展延革

無線照相主要依賴於數位影像技術。據 InfoTrend 研究報告,全美國有 30% 的家庭有至少一架數位照像機。正當數位照像機熱絡之際,又新興了無線照相技術——帶照相機的影像手機,而且數量極速增加,估計 2004 年中,數量即等於全部數位照相機與底片照相機的總和。
數位影像與以前各種技術的發展,最大的區別在發展的速度,沒有醞釀時期,沒有預警信息,一年前還想不到的事,突如其來教人措手不及。
這一次數位影像的進展,與以前各種數位技術進展的最大區別,是在時程上的壓縮:從接受數位影像的擷取(數位照相機)、到利用網路傳播(電子傳送、個人照片網站)、到運用無線傳送(影像手機)影像,都似在這一兩年內形成的。以往的數位技術進展,先是發展出數位檔,幾年之後用網路開始交換傳送,再過幾年之後才慢慢的啟用無線網路傳遞。數位影像的發展,似把這幾個過程一口氣做完。
數位影像脫離不了傳統的沖印思維,把好的照片印出來仍是第一要務。雖然大多數人都能利用自己電腦的列印機印照片,但專業數位影像服務店卻快速成長,因為系統的連接、色彩的調整,仍有些麻煩,許多人寧願與以前一樣,讓別人「沖印」。據統計有 42% 的傳統照片沖印店有數位照片列印設備,有 32% 在店 有自助數位影像列印 Kiosk,估計在 2008 年有一半的數位照片,是由專業服務店列印的。數位影像列印的數目會激增,個人在家 列印的數量並不會因此減少。
即使不去專業照相館,沖印照片也會愈來愈容易。數位照相機、或以後的影像手機,可直接連到 4x6 照片列印機,而且品質不斷提升,甚至可以超越傳統的底片。連帶關係的,像數位照片列印 Kiosk 製作廠商 Polariod,近年就長十倍;儲存照片的各網站,也都以倍數成長。更有趣的一項統計,是一年之內才開始使用數位照相機的,竟有 57% 是女性,一年到兩年之間的使用的,僅有 38% 是女性,這是一年多使用人口的轉換。
數位照相機不止用來進行攝影,還可做光線探測器,藉以調整手機面板的亮度,節省手機電源。另外可以當做掃瞄器,讀條碼,或做為 OCR 把文字影像轉換成文字。甚至於可以人工智慧判斷周遭的景物,甚至於應用在視頻會議上。

2 無線照相 -技術原理

當前,由於圖像數字化、壓縮、傳輸及處理較為複雜,圖像傳輸一直是通信和圖像處理領域的一個熱點和難點。同時,在技術進步推動信息傳遞日趨無線化的背景下,無線圖像傳輸也就成為了圖像傳輸的前沿領域。圖像傳輸無線化打破了傳統同軸電纜和光纖圖像監控受制於硬體連接的不利局面,具有更強的靈活性和方便性。本文介紹採用802. 11b協議作為傳輸手段的無線圖像傳輸系統設計。該系統主要由無線攝像機和圖像接收設備兩部分組成。
(1)組成
整個圖像傳輸系統包括無線攝像機和圖像接收設備兩大部分。無線攝像機主要由CCD 攝像機、圖像壓縮編碼和無線傳送部分組成,圖像信息採集部分用嵌入式

無線照相組成

系統以及專用的視頻圖像處理晶元來構建,利用802. 11b協議來傳送處理過的圖像信息。圖像接收設備在接收到圖像信息后,通過軟體解碼復原圖像信息,最後在LCD上顯示出來。

(2)無線攝像機的設計
為了使攝像機能夠完成圖像採集,編碼,並通過802.11無線通信方式傳輸,我們設計了基於Lclinux 的嵌入式無線攝像機來完成上述功能。 
嵌入式無線攝像機由攝像頭,A/D轉換,MPEG4編碼以及802.11發射部分組成

無線照相構成

(3)圖像接收設備
在YUCOO的ARM Linux開發平台的基礎上,完成圖像信息的接收解碼和顯示。ARM Linux開發板有32M bytes SDRAM,8M bytes Program Flash,包括USB、乙太網、LCD等介面。SDRAM用作軟體解碼時的數據緩衝區,FlashMemory用來存儲程序,USB介面掛接無線網卡便於接收圖像信號,LCD介面連液晶屏用來顯示圖像。通過無線網卡接收到編碼圖像數據后,用軟體程序進行解碼,並在LCD上顯示出來。
本系統的攝像機採用32位嵌入式微處理器進行核心控制,採用μcLinux作為操作系統,採用MPEG4壓縮晶元進行圖像壓縮處理,具有強大的數據壓縮能力。本系統接收端可以在ARM中對MPEG4壓縮圖像進行軟體解壓縮。壓縮圖像數據的發射與接收按照802.11b通信協議標準設計,方便組成無線區域網,也方便接入乙太網進行遠程傳輸與控制,可以應用於道路智能監控以及多媒體監控等。因此,研製成的802.11b無線圖像傳輸系統具有廣闊的應用前景和市場。

3 無線照相 -在各領域中的應用

醫用無線膠囊微型照相系統

是一種醫用無線膠囊微型照相系統。該系統包括無線照相膠囊和圖像記錄儀及影像工作站,所述無線照相膠囊包括膠囊殼體、與殼體連接的光學前蓋、LED照明陣列、光學鏡頭、電源開關模塊、照相模塊、微處理器、射頻收發模塊及收發天線,所述圖像記錄儀包括收發天線陣、無線收發模塊、圖像記錄儀微處理器、電源及內存卡,所述無線收發模塊通過匯流排的方式與圖像記錄儀微處理器連接,所述圖像記錄儀微處理器通過串列介面RS232或USB介面連接影像工作站,所述計算機影像工作站是一台安裝了所需程序的基於Windows操作系統的計算機平台。

通訊無線照相技術

手機拍照功能、3G視頻通話、網路攝像頭,等。

4 無線照相 -相關產品

品牌: 赫立訊

產品:無線照相頭
詳細介紹:無線攝像頭可以使您輕鬆的通過操控計算機以無線的方式獲取多達255個點的拍攝圖像。使用時將配有USB

無線照相赫利訊

介面板的模塊插入計算機的USB口,遠端的攝像頭就可在信號覆蓋範圍內隨意移動,從而捕捉您想要的圖像。 圖像格式為jpg,採用.352*352的解析度。此產品適用於安防、門禁,圖像分析等。

品牌:愛立信

產品:無線照相監控終端

詳細介紹:GT08-1000無線終端採用GPRS通訊、圖像拍攝、紅外入侵監測、手動報警、可靠通信(RCP協議)等技

無線照相愛立信

術,能夠實現可靠的無線監控和報警功能。本終端可以採用手動,紅外和活動監測等報警輸入方式,同時具備探測線路剪斷報警能力,報警的同時拍攝照片上傳到後台監控中心,也可以從後台手動發命令拍攝照片監視現場情況。

5 無線照相 -無線網路攝像機組成原理


網路攝像機一般由鏡頭、圖像感測器、聲音感測器、A/D轉換器、圖像、聲音、控制器網路伺服器、外部報警、控制介面等部分組成。

鏡頭

鏡頭作為網路攝像機的前端部件,有固定光圈、自動光圈、自動變焦、自動變倍等種類,與模擬攝像機相同。  

圖像感測器、聲音感測器

圖像感測器有CMOS和CCD兩種模式。CMOS既互補性金屬氧化物半導體,CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,通過CMOS上帶負電和帶正電

無線照相無線網路攝像機

的晶體管來實現基本的功能的。這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶元記錄和解讀成影像。CMOS針對CCD最主要的優勢就是非常省電。不像由二級管組成的CCD和CMOS電路幾乎沒有靜態電量消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右,CMOS重要問題是在處理快速變換的影像時,由於電流變換過於頻繁而過熱。暗電流抑制的好就問題不大,如果抑制的不好就十分容易出現雜點。  
CCD圖像感測器由在單晶硅基片上呈二維排列的光電二級管及其傳輸電路構成。光電二極體把光轉化成電荷,再經轉化電路傳送和輸出。
通常,傳送優良圖像質量的設備都採用CCD圖像感測器,而注重功耗和成本的產品則選擇CMOS圖像感測器。但新的技術正在克服每種器體固有的弱點,同時保留了適合於特定用途的某些特性。這一部分與模擬攝像機相同。
聲音感測器即拾聲器或叫麥克風,與傳統的話筒原理一樣。  

A/D轉換器的功能是將圖像和聲音等模擬信號轉換成數字信號。  
基於CMOS模式的圖像感測器模塊有直接數字信號輸出的介面,無須A/D轉換器;而基於CCD模式的圖像感測器模塊如有直接數字輸出的介面,亦無須A/D轉換器,但由於此模塊主要針對模擬攝像機設計,只有模擬輸出介面,故需要進行A/D轉換。

圖像、聲音編碼器 

經A/D轉換后的圖像、聲音數字信號,按一定的格式或標準進行編碼壓縮。編碼壓縮的目的是為了便於實現音/視信號與多媒體信號的數字化;便於在計算機系統、網路以及萬維網上不失真地傳輸上述信號。  
目前,圖像編碼壓縮技術有兩種:一種是硬體編碼壓縮,即將編碼壓縮演算法固化在晶元上;另一種是基於DSP的軟體編碼壓縮,即軟體運行在DSP上進行圖像的編碼壓縮。同樣,聲音的壓縮亦可採用硬體編碼壓縮和軟體壓縮,其編碼標準有MP3等格式。    

控制器

控制器是網路攝像機的心臟,它肩負著網路攝像機的管理和控制工作。如果是硬體壓縮編碼,控制器是一個獨立部件;如果是軟體編碼壓縮,控制器是運行編碼壓縮軟體的DSP,即二者合而為一。    

網路伺服器

網路伺服器提供網路攝像機的網路功能,它採用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相關網路協議,允許用戶從自己的PC機使用標準的瀏覽器根據網路攝像機的IP地址對網路攝像機進行訪問,觀看實時圖像,及控制攝像機的鏡頭和雲台。    

外部報警、控制介面

網路攝像機為工程應用提供了實用的外部介面,如控制雲台的485介面,用於報警信號輸入輸出的I/O口。如紅外探頭髮現有目標出現,發報警信號給網路攝像機,網路攝像機自動調整鏡頭方向並實時錄像;另一方面,當網路攝像機偵測到有移動目標出現時,亦可向外發出報警信號。  
網路攝像機的基本原理是:圖像信號經過鏡頭輸入及聲音信號經過麥克風輸入后,由圖像感測器的聲音感測器轉化為電信號,A/D轉換器將模擬電信號轉換為數字電信號,再經過編碼器按一定的編碼標準進行編碼壓縮,再控制器的控制下,由網路伺服器按一定的網路協議送上區域網或INTERNET,控制器還可以接收報警信號及向外發送報警信號,且按要求發出控制信號。 

圖像的編碼標準

目前,網路攝像機的圖像壓縮編碼標準主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG等。    

MPEG4

所謂MPEG標準就是指由ISO的活動圖像專家組制定的一系列關於音視頻信號以及多媒體信號的壓縮與解壓縮技術的標準。到目前為止,已經制定完成並批准執行的有:1991年批准的MPEG1、MP3;1994年批准的MPEG2;1999年批准的MPEG4和MP4。正在制定的標準有:mpeg7和MEPG21.    

H.263  

H.263是ITU-T提出的作為H.324終端使用的視頻編解碼建議,H.263經過不斷地完善和多次的升級已經日臻成熟,如今已經大部分代替了H.261,而且H.263由於能在低帶寬上傳輸高質量的視頻流而日益受到歡迎。
H.263是基於運動補償的DPCM的混合編碼,在運動補償的DPCM混合編碼,在運動搜索的基礎上進行運動補償,然後運用DCT變換和「之」字形掃描編碼,從而得到輸出碼流。H.263在H.261建議的基礎上,將運動矢量的搜索增加為半象素點搜索;同時又增加了無限制運動矢量、基於語法的算術編碼、高級預測技術和PB幀編碼等四個高級選項;從而達到了進一步降低碼速率和提高編碼質量的目的。   

H.264

H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG的聯合視頻組開發的一個新的數字視頻編碼標準,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。
在相同的重建圖像質量下,H.264能夠比H.263節約50%左右的碼率,比目前根據MPEG4實現的視頻格式在性能方面提高33%左右。     

M-JPEG

M-JPEG技術即運動靜止圖像壓縮技術,它把運動的視頻序列作為連續的靜止圖像來處理,這種壓縮技術方式單獨完整地壓縮每一幀,在編輯過程中可隨機存儲每一幀,可進行精確到幀地編輯。但M-JPEG只對幀內地空間冗餘進行壓縮,不對幀間的時間冗餘進行壓縮,故壓縮效率不高。     

應用優勢

網路攝像機不僅可基於計算機區域網用於區域監控,如住宅小區監控、辦公樓、銀行、商場等傳統地監控;而且也能通過INTERNET用於新型地跨區域遠程監控及網上展示,遠程兒童及老人看護、無人值守通信機房監控、旅遊景點網上演播、產品網上展覽等。 
以廣州安居寶科技有限公司完全自主開發地網路攝像機為例,系統有如下一些特點:  
把圖像進行M-JPEG編碼壓縮,通過網路利用TCP/IP協議進行傳輸;通過網路攝像機或鏡頭、雲台和其它外部設備進行操作控制;  
內置一個10M/100M乙太網RJ45介面,可通過網路實現遠程介面;一個并行I/O口,可以連接外部感測器進行自動報警,也可以對外部設備進行控制或進行聯動報警功能;一個RS45串口,可以對鏡頭、雲台進行控制,或連接其他外部設備;
內嵌WEB SERVER,網路攝像機內部提供了一個WEB SERVER,允許用戶從PC機使用標準地瀏覽器進行各種介面、操作;具有單獨地安全機制,可以對操作本攝像機地用戶進行分級別的許可權驗證;  
有中心的集中式管理與控制的監控網以及無中心的分散式監控網;內置實時操作系統,支持軟體下載和配置設置,方便升級和操作管理。

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