[發明專利]一種高速智能線陣彩色CCD相機

無效

• 申請號: 201310002753.1
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103916643A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 朱孝艷;胡賢龍
• 申請（專利權）人: 朱孝艷
• 主分類號: H04N9/04
• 分類號: H04N9/04;H04N5/341;H04N5/378;H04N5/353
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于機器視覺技術領域,?特別涉及工業檢測、糧食色選等在線檢測應用場合,具體設計了一款基于FPGA和USB3.0的智能高速線陣彩色CCD相機。??????????????????

背景技術

機器視覺在線檢測技術通過光電成像和智能算法對產品進行高速檢測和快速識別,在越來越多的行業如工業產品檢測、糧食色選等得到了應用。

顏色作為一個重要的信息量,是人類認識世界的一個重要工具.?若能通過相機獲取物體的彩色圖像,視覺系統就能利用顏色信息對產品進行檢測,?能在更多地場合發揮更大的作用;?彩色線陣相機相比黑白線陣相機增加了顏色數據通道,從而對相機的數據處理和傳輸能力提出了更高要求。

相機作為眼睛,是在線檢測系統中的關鍵部件.隨著檢測質量的不斷提高,對相機的成像速度和分辨率也提出了更高的要求,更高的速度和分辨率也就要求相機具有更高的傳輸帶寬和處理能力。

以行頻18K,分辨率為2048的三通道紅綠藍彩色相機為利,量化位寬以12bit計算,數據傳輸帶寬要達到1.3Gbps,因此需要有一種較快并且好用的數據傳輸方式,另外在線檢測場合也需要相機具有較強在線處理功能,即要求相機能實現一些智能算法。

發明內容

針對以上技術問題,本發明公開了一種USB3.0高速智能線陣彩色CCD相機,具體的技術方案如下:

相機包括彩色線陣電荷耦合器件(CCD)、CCD驅動模塊、數模轉換模塊(ADC)、現場可編程門陣列模塊(FPGA)、隨機存儲模塊和USB3.0控制和傳輸模塊;彩色線陣CCD輸出的模擬信號連接到模數轉換模塊(ADC)后進入FPGA進行處理;FPGA同時產生CCD需要的驅動時鐘,經過CCD驅動模塊進行電平轉換后連接到CCD;FPGA處理后的圖像數據經過USB3.0輸出.本發明采用FPGA對線陣圖像進行處理,包括非均勻性校正、彩色智能處理算法等。

上述的FPGA是系統的控制和算法處理核心單元:?首先根據彩色線陣CCD的時序驅動要求,產生CCD的驅動信號,并通過CCD的時序要求來調整CCD的積分時間、像素頻率等參數;?其次為隨機存儲模塊提供寫入和讀出控制信號,并將原始數據或者處理完的數據傳輸給USB3.0控制器;?所述的FPGA通過ADC的控制接口配置ADC的內部寄存器,以設置ADC的工作狀態,如增益調節,偏置調節等。

上述的FPGA對彩色線陣CCD相機的非均勻性進行校正,?非均勻性校正算法可采用兩點法或者多點法,兩點法的系數通過非均勻性校正裝置計算得到后預先保留在FPGA內部;?通過循環移位不斷讀取對應像素的系數，通過加法和乘法校正非均勻性。

上述彩色線陣CCD采用三線陣CCD或者雙線陣CCD,?三線陣輸出的紅、綠、藍三路模擬視頻連接到模數轉換單元.?模數轉換單元可選用多片ADC,也可選用單片多路ADC，ADC內部一般有增益和偏置調節，通過外部總線配置寄存器設置。

上述隨機存儲模塊用來存儲線陣CCD圖像數據和用作算法計算過程中的緩存。

上述的CCD驅動模塊接收FPGA過來的信號，并根據CCD驅動信號的電平和上升下降沿要求，產生CCD所需的驅動信號。

?USB3.0控制器接收FPGA傳輸過來的數據，并將其通過USB3.0協議傳輸到ＰＣ或其它設備,USB3.0控制器同時接收從PC過來的控制信號,傳輸給FPGA后,通過FPGA設置CCD的工作方式,如積分時間,像素頻率等。

與現有技術相比，本發明的優點是：

1.以FPGA為系統核心，控制CCD的驅動和信號采集，實現對CCD相機的積分時間、像素時鐘等參數的靈活調節;?并實現對線陣CCD的非均勻性進行校正算法，另外可根據需要實現其它智能算法而不用改變硬件平臺。

2.采用三線陣彩色CCD，能獲取高速高分辨率的彩色圖像，驅動時鐘的最高頻率達到４０ＭＨｚ，行頻達到１８Ｋ，行分辨率最高達到10K，能滿足大部分應用場景的需要。

3.傳輸速度高，最高能達到3.2Gbps，能將線陣CCD的數據實時傳輸到PC或其它設備。

4.采用USB3.0接口實時傳輸圖像,具有傳輸帶寬高,使用方便，便于集成,支持熱插拔等優勢。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明一種USB3.0智能高速彩色線陣CCD相機的模塊框圖。

圖2是彩色線陣CCD和ADC之間的接口圖。