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一种基于WIFI模块远距离图传的无线图像采集与传输系统

发布日期:2022-01-18  浏览次数:2245
一种基于WIFI模块远距离图传的无线图像采集与传输系统,采用STM32单片机作为控制芯片,WIFI模块远距离图传CV520模块进行图像采集,通过TCP协议将采集到的图像通过TCP协议传送到手持移动终端Android设备。Qt开发软件通过socket接口编程,设计了app来实时显示所采集的图像。试验表明,图像传输稳定,能够实现实时无线图像传输。WIFI模块可与其他设备结合使用,具有未来图像类设备良好的潜力。

图象传送的应用非常广泛,在安防设备上可以通过摄像机对家庭、小区等进行监控,对于犯罪侦查、寻找失物等起到很大的作用。在人工智能领域,需要对特定的事物进行识别,如人脸识别、目标识别等,需要大量的图像样本采集,没有图像采集技术是无法实现的。无线限制,摄像与显示终端分离,无线图像传输在日常生活中也具有很高的实用性,如在忙着洗衣做饭时,可以监视孩子们的实时动作,并能看到特定角落的实时画面。本论文主要探讨了图像监控中的关键技术,采用TCP协议通过WIFI模块远距离图传模块实现图像无线传输。将摄像机与显示终端分开,不需要连接线。实时探测看不见或人类难以探索的角落,在wifi信号覆盖范围内。

内容包括:图像采集、数据传输、终端显示等。CV520模块实现图像采集,并将采集到的图像通过WIFI模块远距离图传模块传送到android设备,将wifi模块配置为AP模式。对服务器进行配置,android设备在客户端连接到wifi模块上后,通过socket接口进行通信,接收数据,分析图像并显示。

CV520是一个200w象素的CMOS传感器,每一个象素由BG/GR格式的滤波器逐行排列,组成方阵采集阵列,BG/GR组成的像素可达200w左右。当采集光时,还要逐行采集,直至扫描完毕。内置数字图像处理模块,可直接输出JPEG、GRB422、YCbCr等数据格式。CV520模块使用AT摄像机模组,正原子为原子。这总共有18针。先是SCCB总线与HREF线同步线,VSYNC场同步线,8位并行线。SCCB和I2C总线类似于单片机将控制命令发送到模块。当图像获取开始后,该模块生成采集输出时序。HREF输出高电平常数时,基于时钟对像素数据的读取,HREF线变成低电平时,将会导致HREF线的读出。一帧数据采集完成后,HREF将一直处于低电平状态,VSYNC的场同步线经过一定时间后,就会翻转电平,当单片机配置时,可通过寄存器配置帧中断,用于处理采集的数据。WIFI模块远距离图传已将12Mhz晶振添加到中。因此,单片机不需要产生时钟给它。

STM32f407内建一个DCMI接口,配置寄存器,通过DMA,自动将采集到的数据保存到特定的内存中。需要连接到STM32f407的DCMI接口上,比如数据时钟和数据采集线,SCCB接口线被连接到具体的插脚,并由软件实现控制。Wifi模块使用由某人SI232-s公司的USR-WIFi模块。这个模块工作在单频率2.4Ghz频段,并且可以低功耗。可配置大量AT指令集。可以根据AT指令对模块进行配置,预先配置好的串口波特率为115200bps,设置到AP模式后再配置到服务器中,设置好IP地址、端口号等。每一次与wifi连接后,都可以直接通过串口使用接收数据。STM32单片机与wifi模块通过串口进行通讯。单片配置串口为115200波特率,与WIFI模块远距离图传模块的波特率匹配。

总线配置能将原始数据自动编码为jpeg格式的文件,能将图像压缩到小,压缩速度快,非常适合于wifi网络传输,是一种常用的图像格式。jpeg格式压缩需要通过一些重要步骤。先对原始图像进行空间变换,实现降采样;在采样后将图像分成若干段,每段进行DCT变换,对每一部分变换后的部分进行滤波,对其进行游程编码和Hoffman编码,得到编码后的文件。基于jpeg文件格式的某些特点,单片机以SOI标签编码为起始,以EOI标签编码为结尾。将jpeg编码文件还原为静态图像大体上是反过来执行jpeg编码,需要Hofman解码、游程解码、反向扫描面排序、反量化、反DCT变换、升采样和空间变换等步骤。Qt软件Qimage类的fromData方法内部封装了反解码算法,可以将jpeg文件存储格式的数据反解码成图片来显示。

在网络间通信方面,使用多的是ISO/OSI模型和TCP/IP模型。ISO早些时候就研究了网络体系的建设,但后来是在互联网飞速发展的环境下,TCP/IP模式在全世界得到了广泛应用。IP模型的链路层是以物理介质为基础,实现相邻节点间的数据传输输错和错误检测。该层常用的设备是集线器、中继器、交换机等,通过主机的MAC地址交换机能判断数据是否到达,并在局域网内实现主机之间的数据传输。网层是主机之间通过IP地址进行数据传输。同时,还对主机进行IP地址分配,实现不同局域网主机间的数据传输。通过算法帮助传送的数据,网络层也将选择适合的路径,防止走失。常见的装置是路由器。WIFI模块远距离图传传输层主要处理应用层和网络层的数据,处理传输错误,保证数据的准确性等,从而实现两个进程间的通讯。TCP/UDP协议就是这个层次的通用协议。为用户提供了大量的服务协议,如HTML协议、ftp协议等。socket接口是TCP/IP公共API,它可以用作两个应用程序间通信的接口。通过套接字通信需求,将两个应用程序分别设置为服务器和客户端。接着建立连接。服务端先创建监听套接字,将自己的ip地址和端口号绑定在一起。监听客户机的连接,当客户有请求时,客户需要进行连接,需要进行三次握手才能确认请求。通讯套接字就能被取出来进行通讯。还需要四次握手后,断开socket的连接。WIFI模块远距离图传客户机连接服务器需要先创建一个通信socket接口,绑定ip和端口然后连接服务器。在与服务器进行三次握手后,就能彼此通信。也是通过四次握手来结束这次交流。
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