[发明专利]一种高速智能线阵彩色CCD相机

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域, 特别涉及工业检测、粮食色选等在线检测应用场合,具体设计了一款基于FPGA和USB3.0的智能高速线阵彩色CCD相机。                  

背景技术

机器视觉在线检测技术通过光电成像和智能算法对产品进行高速检测和快速识别,在越来越多的行业如工业产品检测、粮食色选等得到了应用。

颜色作为一个重要的信息量,是人类认识世界的一个重要工具. 若能通过相机获取物体的彩色图像,视觉系统就能利用颜色信息对产品进行检测, 能在更多地场合发挥更大的作用; 彩色线阵相机相比黑白线阵相机增加了颜色数据通道,从而对相机的数据处理和传输能力提出了更高要求。

相机作为眼睛,是在线检测系统中的关键部件.随着检测质量的不断提高,对相机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机具有更高的传输带宽和处理能力。

以行频18K,分辨率为2048的三通道红绿蓝彩色相机为利,量化位宽以12bit计算,数据传输带宽要达到1.3Gbps,因此需要有一种较快并且好用的数据传输方式,另外在线检测场合也需要相机具有较强在线处理功能,即要求相机能实现一些智能算法。

发明内容

针对以上技术问题,本发明公开了一种USB3.0高速智能线阵彩色CCD相机,具体的技术方案如下:

相机包括彩色线阵电荷耦合器件(CCD)、CCD驱动模块、数模转换模块(ADC)、现场可编程门阵列模块(FPGA)、随机存储模块和USB3.0控制和传输模块;彩色线阵CCD输出的模拟信号连接到模数转换模块(ADC)后进入FPGA进行处理;FPGA同时产生CCD需要的驱动时钟,经过CCD驱动模块进行电平转换后连接到CCD;FPGA处理后的图像数据经过USB3.0输出.本发明采用FPGA对线阵图像进行处理,包括非均匀性校正、彩色智能处理算法等。

上述的FPGA是系统的控制和算法处理核心单元: 首先根据彩色线阵CCD的时序驱动要求,产生CCD的驱动信号,并通过CCD的时序要求来调整CCD的积分时间、像素频率等参数; 其次为随机存储模块提供写入和读出控制信号,并将原始数据或者处理完的数据传输给USB3.0控制器; 所述的FPGA通过ADC的控制接口配置ADC的内部寄存器,以设置ADC的工作状态,如增益调节,偏置调节等。

上述的FPGA对彩色线阵CCD相机的非均匀性进行校正, 非均匀性校正算法可采用两点法或者多点法,两点法的系数通过非均匀性校正装置计算得到后预先保留在FPGA内部; 通过循环移位不断读取对应像素的系数，通过加法和乘法校正非均匀性。

上述彩色线阵CCD采用三线阵CCD或者双线阵CCD, 三线阵输出的红、绿、蓝三路模拟视频连接到模数转换单元. 模数转换单元可选用多片ADC,也可选用单片多路ADC，ADC内部一般有增益和偏置调节，通过外部总线配置寄存器设置。

上述随机存储模块用来存储线阵CCD图像数据和用作算法计算过程中的缓存。

上述的CCD驱动模块接收FPGA过来的信号，并根据CCD驱动信号的电平和上升下降沿要求，产生CCD所需的驱动信号。

 USB3.0控制器接收FPGA传输过来的数据，并将其通过USB3.0协议传输到ＰＣ或其它设备,USB3.0控制器同时接收从PC过来的控制信号,传输给FPGA后,通过FPGA设置CCD的工作方式,如积分时间,像素频率等。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.以FPGA为系统核心，控制CCD的驱动和信号采集，实现对CCD相机的积分时间、像素时钟等参数的灵活调节; 并实现对线阵CCD的非均匀性进行校正算法，另外可根据需要实现其它智能算法而不用改变硬件平台。

2.采用三线阵彩色CCD，能获取高速高分辨率的彩色图像，驱动时钟的最高频率达到４０ＭＨｚ，行频达到１８Ｋ，行分辨率最高达到10K，能满足大部分应用场景的需要。

3.传输速度高，最高能达到3.2Gbps，能将线阵CCD的数据实时传输到PC或其它设备。

4.采用USB3.0接口实时传输图像,具有传输带宽高,使用方便，便于集成,支持热插拔等优势。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明一种USB3.0智能高速彩色线阵CCD相机的模块框图。

图2是彩色线阵CCD和ADC之间的接口图。