在家用报警系统、工业监控、智能小区中，由于原有的系统一般只能采集相关数据，然后按专有的或特定的网络传送。在应用中，用户常常反映有两大缺点。其一，不能看到现场图像。其二，监视限于特定专网，比如通过局域网、电话网、视频线监控网等。因而通过internet进行网络摄像的需求十分迫切。

1 系统构成

    网络相机系统结构如图l所示，mel010是10万像素的cmos图像传感器芯片，rabbit3000模块基于rab-bit3000单片机。该单片机基于z80内核，最高时钟频率可达54mhz，有6个高速串行口和56个i／o口，直接驱动512kb sram、512kb flash，通过以太网接口进行网络传输时．tcp传输速率可达到6mb／s。美国z-world公司提供的dynamic c开发工具提供了tcp协议栈函数支持， 以及c、汇编混合编程的功能， 非常适合网络应用。
    网络相机实现以下功能： 直接驱动mel010 cmos摄像芯片摄像，并进行图像处理，同时内置一个微型web服务器，用户可以在因特网上访问web页。通过cgi接口进行静态图像拍摄， 如增加socket接口，也可通过activex控件拍摄动态图像。可选择160×120彩色、320×240黑白两种图像格式。

2 cmos摄像芯片的控制
2.1 melo1o的结构及拍摄
    南京微盟电子的melolo cmos图像传感芯片最大可拍摄352×288的彩色及黑白图像，内部功能框图如图2所示。

    该芯片的工作原理：通过samp、sampg脚进行采样控制，即拍摄图像。拍摄后该芯片把图像各点的模拟电压存入缓冲区中，形成一个最大352×288的像素数据阵列，单片机可以通过改变行列地址adr(8..o)逐点访问图像缓冲区。该图像缓冲实际上是把每个像素的光感应电压存入一个小电容中，通过在adc clk脚输入时钟脉冲，melo1o在adcclk的低电平期间进行模数转换，上升沿输出。然后单片机即可以从数据口adcount(7～0)中读出对应行、列地址的像素数据。其中行与列地址共用9条地址线，由xysel脚产生的脉冲切换。
    具有图像缓冲区是melo1o最大的特点，一般的cmos传感器都必须用cpld将图像数据以很快的速度送人ram存储，通常为13mb／s左右，再由单片机来读取，因而接口比较复杂。melo1o的这一特点使得rab-bit3ooo可以直接读取，结合rab_bit3ooo强大的网络功能，从而构成了具有特色的网络相机。
    拍摄时序如图3所示。

2.2图像的读取
    使rabbit3ooo单片机的pel，pf(7～o)与meioio的地址线adr(8~o)、pa(7～o)与数据线adcount(7~o)相连，pb7与模数转换时钟adcclk相连。现在以读取16o×1 2o彩色图像的一行为例，介绍读取过程，程序用汇编实现，以加快图像读取速度。读取图像时序如图4所示。

    #asm debug
    readoneline：： ；读入一行数据
    ；读取到linbuf中
    1d hl，linebuf ;指针hl指向linebuf
    ld de，16o ；一行16o像素
    ld c,
    rp _read：
    ：adc clk
    ioi lda，(pbdr)；产生adc时钟
    res o，a
    ioi ld(pbdrl，a
    set o，a
    ioi ld(pbdr)，a
    ioi lda，(padr)
    ；从pa读入数据
    ld (hl)，a
    ；读入数据到linbuf，指针hl指向llnbuf的对应位
    inc hl ；指针下移
    inc c ；计数器加1
    ld a，c
    ioi ld(pfdr)，a；地址加1
    dec de ；读完160像素
    jr nz，rp_read ：否则读下一个
    ret
    #endasm

3 图像处理
3.1 fpn的消除 
    由于cmos图像传感器会产生固有噪声fpn(fixed pattern noise)，melo1o要求用软件来完成噪声消除处理，否则拍出的图像表面将叠加许多细碎的色点，这些噪声点的位置大小颜色是固定的，由cmos图像芯片及电路本身所决定。 
    fpn消除的方法是在正式拍摄前，先拍摄一张曝光时间接近于o的图像，由于fpn的存在，虽然感光接近于o，但该图像并非是均匀的全黑照片，而是会出现些彩色噪声点。将此图像存在内存中，作为参照，照一张图像，都与这张参照图像相减，从而消除fpn.
3.2彩色插值
    读出并经fpn消除后的数据实际上是rgb阵列,mn1o1o通过在感光面上蒙一层rgb彩色滤镜(可选择,若无滤镜即为黑白芯片)实现彩色功能,滤镜排列如图5所示,这是一般图像传感器使用的mosaic bayer滤镜，从o行算起，偶数行排列为rgrgrg…… 奇数行排列为gbgbgb……
    因此每一点的数据只代表该点的一种颜色光强度值(灰度值)，还需根据相应算法进行彩色化插值处理。利用周边像素的信息，“猜测”算出该点“应该”具有的另外两种颜色光强度，从而得到完整的rgb值，构成24位真彩色图像。这种以彩色插值的方法来达到“趋近”真彩色的处理方式，其图像质量虽然不如使用真正(r、g、b)三组像素型的彩色摄像技术，但已经可以满足通常的图像检测需要。

    算法示例如下：
    设i，j分别为行数和列数，当ri，j有i％2==o＆＆j％2==0时，算法为
    r=ri，j
    g=(gri，j-1+gri，j+l十gbi-1，j+gbi+l，j)／4
    b=(bi-i，j-1+bi―i，j+1+bi+l，j-1+bi+l，j+1)／4
    对应的rabbit3ooo的c程序为form_rfgb(){
    …

}

3.3嵌入图像到http服务器
    经过rgb插值合成后已经可以得到真彩色图像，但完整的图像处理还需要进行曝光控制，γ较正，白平衡调整等。曝光控制算法主要是计算各像素亮度的平均量。自平衡调整则是由于cmos传感器、人眼对rgb三颜色光的灵敏度不同，所以需对r、g、b三种像素的值乘以比例因子加以较正。υ较正则主要是调整对比度。
    获得完整的图像数据后，加入bmp文件头，形成newfile，c程序代码如下：
    void makefile(){
    char newfilesize[4]；
    newfilesize[0]=0x3a；文件大小
    newfilesize[1]=oxe5；
    newfilesize[2]=o；
    newfilesize[3]=o；
    root2xmem(newfile，newfilesize，4)；设置文件大小
    sspec_addxmemfile(”／databmp”，newfile，serve_rhttp)；嵌入http服务器

4 http服务器的实现
    通过基于rabbit3ooo的模块实现http服务器并不难，只需使用网页设计软件如dreamwave、frontpage等，设计一个网页，然后导出到rabbit3ooo模块的http服务器中即可。设网页文件名为index.html，网页中含有图片ledon.gif，存放的目录是samples／rcm32oo／pages，使用以下指令将文件导出到http服务器中。
#ximport”samples／rcm32oo／pages／index.shtml" index html
#ximport”samples／rcm32oo，pages／ledon.gif"ledon_gif
    此外还需声明http服务器中的文件类型httptype http_types[]及设置http服务器可访问文件、变量、函数的结构类型httpspec http_flashspec[]。
    主程序中运行http服务器的相关代码如下：
main(){
    sock__init()；
    while(1){
    http_server()；

}

5 通过cgl接口控制拍摄
    在httpspec http_flashspec[]中加入以下定义：
    { httpspec_function， ”／get_photocgi”，o，get_hototoggle，o，null，null}。
    在网页中嵌入按钮图标，假设为button．gif，使其链接到”／get_photocgi”，点击网页上的button按钮时，程序将跳转执行以下函数：
    int get_hototoggle(httpstate*state){
    get_hoto() ;拍摄图像
    cgi_redirectto(state，’data html’)；跳转到data.html网页中，
    ；(该网页含所拍摄的图像文件)
    returno：

}

即可看到所拍摄的图像。

    本文以拍摄160×120分辨率的彩色图像为例介绍。由于rabbit3000单片机直接驱动的内存有限， 当分辨率更高，如320×240时， 一般建议存储黑白图像， 可以减少文件大小。

结 语
    结合基于互联网络的图像技术是报警系统、工业控制、智能家居发展的一个热点，主要有基于8位单片机、dsp及arm的图像处理方案。 其底层的图像处理及cmos图像芯片的控制有诸多相通之处。尽管基于dsp及arm具有运算速度上的优势，但由于rabbit3000单片机具有强大的网络支持、加密及i／0控制、串行通信、数据采集功能，结合mel0l0的简单单片机接口，仍然具有鲜明的特点，适用于对实时图像传输要求不高的场合；并且，如果结合高性能的图像芯片，如具有mpeg4压缩功能的伟思go7007也可以做到实时图像传输。本文所介绍的内容基于作者目前从事的智能小区项目， 已成功研制出样机。

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