实时数字图像处理体系结构制造技术

本发明专利技术涉及一种数字图像处理体系结构，尤其用于处理由生物传感器读取器（１００）的照相机（１０１）提供的数字图像。该体系结构包括像素处理单元（１１２），用于关于图像区域中给定组的处理点（ＰＳｉ（ｔ））评估图像值流（Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）），因而确定例如处理点（ＰＳｉ（ｔ））中的像素值的积分（Ｅｉ（ｔ））的特征参数。像素处理单元（１１２）与高级数字控制单元（１３０）通信，其设置将评估的处理点（ＰＳｉ（ｔ）），并且读出像素处理单元（１１２）的结果并对所述结果进行后处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于实时评估照相机提供的图像帧序列的方法和数字图像处理 设备。而且，其涉及一种用于执行这种方法的计算机程序产品。
技术介绍
在如DE69915481T2所述的便携式光学生物传感器中，具有待研究样本的盒体 (cartridge)的大部分区域可以在一个步骤中光学地读出，并且同时，通过使用数字照相机 可以获得高空间分辨率。随后，这种照相机提供的帧序列需要参考样本中发生的局部处理 而得以评估。使用通用处理器上的软件进行这种处理需要在小型便携式设备中通常不可获 得的高处理能力。
技术实现思路
基于该背景，本专利技术的目的是提供用于有效评估数字图像的装置，其中需要这些 装置允许在如生物传感器的便携式设备中实时评估图像。由根据权利要求1所述的数字图像处理设备、根据权利要求14所述的方法以及根 据权利要求15所述的计算机程序产品实现该目的。在从属权利要求中公开了优选实施例。根据本专利技术的数字图像处理设备用于实时评估诸如CCD或CMOS照相机的数字照 相机提供的图像帧序列。该图像尤其可以描述某些光学生物传感器中的盒体区域，但是本 专利技术不局限于该应用。图像处理设备包括下列两个主要部件a)数字“像素处理单元”，其用于确定与图像区域中的一组处理点相关的至少一个 特征参数，其中，根据图像值流进行所述确定。像素处理单元尤其可以由一些特定数字硬件 实现，例如，现场可编程门阵列(FPGA)。“处理点”应当指照相机所成像的整个区域中的感 兴趣子区域。所提及的“一组处理点”可以包括仅一个要素，然而优选地是包括多个这种处 理点。通常(但是并非必须)，处理点将不重叠。最后，应当注意到，“图像值”指构成整个 帧的独立图像点或像素的数字值；图像值通常表示亮度和/或颜色(例如，以RGB坐标)。b)高级“数字控制单元”，其与像素处理单元耦合用于与其通信，并且适于设置 (确定和规定)当前要由像素处理单元处理的该组处理点。而且，数字控制单元适于读出和 后处理由像素处理单元确定的特征参数。数字控制单元通常将包括一些通用数字数据处理 硬件，例如具有相关软件的微型计算机或微控制器。所述图像处理设备提供了一种体系结构，其最优地适于快速、实时地处理来自照 相机的帧，这是因为其实现了智能任务共享一方面，由像素处理单元快速(但简单地)持 续处理不断引入的图像值流；另一方面，由数字控制单元对整个过程进行高级控制并且对 原始结果进一步更精密地评估。这样，设备的通用计算容量免于直接处理输入数据流，并且 作为替代地集中在高级控制和评估任务上。已经提及的是，处理点一般指(已连接的或未连接的)成像区域的子区域。优选 地，处理点涉及矩形图像区域，该区域的边缘分别平行于图像帧的行和列定向。然后，这种4处理点能够顺利地仅由第一/最后行/列的四个坐标而描述。而且，这种形状尤其适于处 理逐行表示图像的像素流。该组处理点可以仅包括一个单一处理点。优选地，其包括由像素处理单元并行处 理的多个处理点。多个处理点可以散布在整个图像区域上，因而覆盖整个帧，或者处理点可 以仅位于图像条纹中。在后者情况下，处理整个图像帧通常将通过逐个处理一系列图像条 纹而进行。一般地，由像素处理单元确定的至少一个特征参数可以是能够根据图像值(像 素)流计算的感兴趣的任何参量。在大部分情况下，特征参数将是根据图像值流容易一次 确定的参量，例如图像值的一些积分(总和)。尤其，特征参数可以包括所考虑的处理点中 的所有图像值(例如灰阶)和/或所有这些图像值与给定参考值的偏差的(例如，绝对偏 差或者平方偏差的)函数的(归一化)积分。第一这些积分涉及处理点的亮度，而第二这 些积分表示点区域中该值的空间变化(噪声)。前述参考值和/或其变化率可以任选地由数字控制单元基于在先帧的特征参数 确定。数字图像处理设备可以特别地包括至少一个寄存器，称为“影子寄存器(shadow register) ”，用于暂时存储要在像素处理单元和数字控制单元之间交换的数据。这样，可以 缓和对数据交换速度的需求。根据特定应用，不同的方法将最适于由数字控制单元设置像素处理单元中的当前 组处理点。因而，例如，可以在评估整个帧序列之前一次设置该组处理点。如果在所有连续 帧中处理点都是相同的并且如果有足够的容量来存储所有处理点数据，该方法是可行的。然而，如果处理点的位置和/或形状在不同帧之间发生变化，该组处理点将宁愿 在每个新帧开始时在像素处理单元中重新设置。类似地，该组处理点可以在整个帧的每个 预定子帧开始时设置，例如始终在照相机图像的新条纹(包括给定数量的图像线)的开始 处。如果像素处理单元不具有足够的容量以并行处理整个帧的所有处理点，那么通常将对 子帧应用这种处理。最后，能够在像素处理单元要求时设置当前组处理点。每次像素处理单元已经 完成处理点的评估时，例如其可以向数字控制单元发布中断，以指示可获得处理点的结果 (特征参数)并且能够设置待评估的新处理点的坐标。该方法关于处理点的位置和/或形 状具有最高灵活性，即它们可以非常任意地(在一种情况下为蘑菇形)分布在图像区域上。在本专利技术的又一演变中，设计数字控制单元以迭代地使处理点适配于标记物的图 像，即适配于照相机提供的图像中已知外观(形状、尺寸、强度和/或颜色)的结构。使处 理点适配于标记物，通常基于逐个帧进行，并且将最终产生关于图像中的标记物的信息，例 如其位置、尺寸和/或形状。该标记物例如可以由线、十字交叉、圆环或被成像的对象所包 括的一些其他符号。已知一个或多个标记物的位置将允许推断区域中其他区域的位置，例 如(至少最初)不可检测或者几乎不可检测的研究区域。一旦经由标记物确定了这些区域， 可以将处理点分配给它们，用于评估照相机的观察力(observation)。然而，光学像差，例如 正或负(枕形)失真和/或变化的光学放大倍数，能够借助于对准标记物而被检测和校正。在本专利技术的又一演变中，图像处理设备包括聚焦模块，其用于基于至少一个确定 的特征参数而改变照相机的焦点。聚焦模块可以例如包括机电机构，其能够移动照相机的透镜。而且，焦点改变可以尤其基于在处理点中所有图像值与参考值的偏差函数的积分，例 如基于在所述点中图像值的标准偏差。这种偏差相关值的最大值通常是靶图像区域的最优 焦点的良好指示器。图像处理设备可以进一步任选地包括状态指示器，例如声学或光学信号发出设 备，其用于在检测到至少一个图像帧中的异常状态(尤其是劣化的光学质量)时发出信号。 检测这种误差状态对于避免错误测量结果的不正确解释是重要的。劣化的光学质量可以例 如经由前述标准偏差(或者更一般地，所有图像值与参考值的积分偏差)的异常值来检测。数字控制单元的后处理可以优选地包括对针对图像帧的选定子组已经获得的特 征参数进行时间滤波。时间滤波可以特别地包括带通或低通滤波，例如，通过对与图像帧的 选定子组对应的特征参数求平均而实现。通过滤波，可以移除诸如不相关噪声的一些噪声 成分。根据前述实施例的又一演变，数字控制单元的后处理还包括使经时间滤波的特征 参数与针对不属于选定子组(这通常可以是所有其余图像帧)的图像帧已经获得的对应特 征参数相关。所应用的相关可以特别地包括相减，即从对应特征参数中减去经滤波的特征 参数(或者反之亦然)。由于滤波处理，能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字图像处理设备（１００），其用于实时评估由照相机（１０１）提供的图像帧（Ｉｔ）序列，所述数字图像处理设备包括：ａ）数字像素处理单元（１１２），其用于根据图像值流（Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ））确定图像区域中的一组处理点（ＰＳ↓［ｉ］，ＰＳ↓［ａ］，ＰＳ↓［ｂ］）的至少一个特征参数（Ｅ↓［ｉ］，σ′↓［ｉ］）；ｂ）高级数字控制单元（１３０），其与所述像素处理单元（１１２）通信，从而设置所述组处理点以及读出确定的特征参数并对所述确定的特征参数进行后处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JAHM卡尔曼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]