專利名稱：一種模塊化ccd工業(yè)相機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于工業(yè)產(chǎn)品檢測、智能交通系統(tǒng)和視頻監(jiān)控領(lǐng)域的檢測設(shè)備，具 體涉及一種模塊化CXD工業(yè)相機。
背景技術(shù)：
CCD技術(shù)是機器視覺技術(shù)的核心，是給機器安裝“眼睛”與“大腦”的關(guān)鍵技術(shù)，是機 器向著自動化、智能化發(fā)展的必然，是現(xiàn)代科技創(chuàng)新必須掌握的技術(shù)。CCD光電傳感器是現(xiàn) 代光電子學(xué)和現(xiàn)代測試技術(shù)中最活躍、最富有創(chuàng)新科技成果的科技領(lǐng)域之一，特別在圖像 傳感和非接觸測量領(lǐng)域的發(fā)展更為迅速，在現(xiàn)代光電技術(shù)和測試技術(shù)中的地位舉足輕重?；贑CD的工業(yè)智能相機目前已被廣泛地應(yīng)用于非接觸尺寸測量，產(chǎn)品質(zhì)量檢 測，地質(zhì)、地理與規(guī)劃設(shè)計等的遙感、遙測和三維體視測量，安防監(jiān)控、刑偵，航天、航空，天 文觀測、衛(wèi)星偵察，光譜探測與光譜分析，高分辨率光電掃描、傳真、復(fù)印，道路、交通智能調(diào) 控、電子警察、工業(yè)生產(chǎn)及檢測、醫(yī)學(xué)顯微等領(lǐng)域，是機器視覺系統(tǒng)的核心組件。CXD傳感器 所具有的優(yōu)勢為幾何精度高，穩(wěn)定性好，噪音小，抗震動，壽命長，功耗低，體積小，靈敏度 高，傳輸速度快。因此，C⑶圖像傳感器在工業(yè)相機中得到廣泛的應(yīng)用。但是目前國內(nèi)已有 的C⑶相機存在如下不足在功能上不夠完善，不適用于檢測高速運動物體；采用PC處理 技術(shù)，對產(chǎn)品的更新和升級比較困難，不能進(jìn)行二次開發(fā)，并且體積結(jié)構(gòu)龐大，功耗較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，申請人進(jìn)行了改進(jìn)研究，提供一種模塊化CXD工業(yè)相機，適用于檢 測高速運動目標(biāo)；易于產(chǎn)品更新和升級，能夠進(jìn)行二次開發(fā)，并且體積小，功耗低。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種模塊化CXD工業(yè)相機，包括工業(yè)鏡頭、成像傳感器模塊、邏輯管理模塊、數(shù)據(jù)處理 模塊以及相機外殼；所述成像傳感器模塊為CCD成像傳感器模塊，其采用高性能的CCD傳感器芯片，所述成 像傳感器模塊通過40針和20針扁平線連接到邏輯管理模塊；所述邏輯管理模塊為FPGA邏輯管理模塊，其采用FPGA芯片，所述邏輯管理模塊對成像 傳感器模塊的寄存器進(jìn)行配置，控制圖像采集的工作流程，并將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)處 理模塊的Video Port接口可以導(dǎo)入的時序格式，最終傳入數(shù)據(jù)處理模塊的存儲器；所述數(shù)據(jù)處理模塊為DSP數(shù)據(jù)處理模塊，其采用TMS320DM642 DSP芯片，所述數(shù)據(jù)處理 模塊接收邏輯管理模塊的圖像數(shù)據(jù)，并對得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，處理后的圖像結(jié) 果通過以太網(wǎng)口輸出至客戶端PC機或者執(zhí)行機構(gòu)，與客戶端軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，客戶端軟 件傳輸初始化成像傳感器模塊的設(shè)置參數(shù)和實時顯示處理后的圖像。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述成像傳感器模塊、邏輯管理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊均 采用獨立的電路板設(shè)計，各模塊通過接插件連接。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述邏輯管理模塊處理的圖像數(shù)據(jù)是以分離的三通道YUV格式數(shù)據(jù)或Bayer RAW格式數(shù)據(jù)由Video Port 口傳入所述數(shù)據(jù)處理模塊。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述數(shù)據(jù)處理模塊采用TMS320DM642 DSP芯片，外擴總 容量為32M的SDRAM，以及4M的Flash，能穩(wěn)定工作在600MHz的時鐘頻率，集成10/100M以 太網(wǎng)接口，可配置的Video Port接口，以及用于攝像機采集視頻流的圖像處理和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò) 通信的通用I/O接口。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述數(shù)據(jù)處理模塊對圖像數(shù)據(jù)的實時處理包括進(jìn)行 Gamma校正、直方圖均衡化、手動/自動白平衡處理，并自帶了圖像處理算法，嵌入了 TI Image Library0其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述網(wǎng)絡(luò)通信是指客戶端軟件通過以太網(wǎng)與作為服務(wù)器 端的數(shù)據(jù)處理模塊通信，傳輸設(shè)置成像傳感器模塊的相應(yīng)參數(shù)和接收處理后的圖像數(shù)據(jù)。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述成像傳感器模塊的設(shè)置參數(shù)具體包括曝光時間、圖 像大小、圖像格式以及模式設(shè)置。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是(一)本發(fā)明成像傳感器模塊集成CCD傳感器芯片，具有圖像分辨率高、低功耗，性能穩(wěn) 定的優(yōu)點。(二)在相機內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了模塊化的設(shè)計思想，有利于系統(tǒng)資源調(diào) 度，使整個相機系統(tǒng)的硬件具有可裁減、可升級更新等優(yōu)點。(三)由于內(nèi)置了嵌入式的TMS320DM642DSP處理器，客戶可以根據(jù)具體應(yīng)用對相 機進(jìn)行二次開發(fā)。(四)由于采用了嵌入式處理器，通過以太網(wǎng)口與客戶端軟件的通信，取代了原有 的PC機系統(tǒng)，只需單電源供電，功耗低，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。


圖1是本發(fā)明的相機總體結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的內(nèi)部模塊化電路結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的邏輯管理模塊方框圖。圖4是本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理模塊方框圖。圖5是本發(fā)明的供電模塊示意圖。圖6是本發(fā)明的圖像處理流程圖。圖7是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)通信流程圖。圖8是本發(fā)明的程序總體流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明模塊化CXD工業(yè)相機的硬件部分包括工業(yè)鏡頭1、CXD成像傳 感器模塊2、FPGA邏輯管理模塊3、DSP數(shù)據(jù)處理模塊4和相機外殼(圖中未示出)。DSP數(shù) 據(jù)處理模塊4包括PHY物理層芯片5，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器6，RJ45接口 7，EEPROM芯片8，總?cè)?量32M的SDRAM數(shù)據(jù)存儲器10，4M的FLASH程序存儲器11，數(shù)字IO 口 12以及DSP芯片13。 PHY物理層芯片5、網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器6和RJ45接口 7的作用是實現(xiàn)與計算機的網(wǎng)絡(luò)通信，EEPROM芯片8的作用存儲CMOS的配置參數(shù)，總?cè)萘?2M的SDRAM數(shù)據(jù)存儲器10用于圖像 數(shù)據(jù)的存儲和轉(zhuǎn)移，4M的FLASH程序存儲器11用于存儲DSP程序，數(shù)字IO 口 12控制外接 設(shè)備如閃光燈和云臺等，DSP芯片13是核心控制模塊，所有程序都在其上運行。9為電源模 塊。在模塊功能設(shè)計上，CCD成像傳感器模塊2主要安裝了 CCD傳感器和相應(yīng)的電源電路， CXD成像傳感器模塊2采用高性能的CXD傳感器芯片，F(xiàn)PGA邏輯管理模塊3采用FPGA芯片， DSP數(shù)據(jù)處理模塊采用TMS320DM642 DSP芯片，CXD成像傳感器模塊通過40針和20針的扁 平線與FPGA邏輯管理模塊相連；FPGA邏輯管理模塊3對CXD成像傳感器模塊的寄存器進(jìn)行 配置，控制圖像采集的工作流程，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DSP數(shù)據(jù)處理模塊的Video Port接口(是 指FPGA與DSP連接的端口，也就是VP 口)可以導(dǎo)入的時序格式；最終傳入DSP數(shù)據(jù)處理模 塊的總?cè)萘?2M的SDRAM數(shù)據(jù)存儲器10，DSP數(shù)據(jù)處理模塊接收FPGA邏輯管理模塊的圖像 數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行實時處理，處理后的圖像結(jié)果通過RJ45接口 7 (以太網(wǎng)口)傳輸?shù)娇蛻舳耍?與客戶端軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，客戶端軟件傳輸初始化設(shè)置參數(shù)和實時顯示處理后的圖像。如圖2所示，本發(fā)明的C⑶成像傳感器模塊、FPGA邏輯管理模塊和DSP數(shù)據(jù)處理 模塊在硬件電路的具體實現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計，分成三個電路板，各模塊通過接插件連接。圖3示出了本發(fā)明的FPGA邏輯管理模塊的具體硬件電路實現(xiàn)。FPGA邏輯管理模 塊通過CXD成像傳感器模塊接口(40針和20針扁平線)設(shè)置CXD成像傳感器模塊中寄存器 的參數(shù)并接收CCD成像傳感器模塊采集到的圖像數(shù)據(jù)。外接12V的直流電源通過電源模塊 可以得到3. 3V電壓作為FPGA邏輯管理模塊的IO及整個系統(tǒng)的數(shù)字電源，得到的1. 2V電壓 作為FPGA邏輯管理模塊的內(nèi)核電源。FPGA邏輯管理模塊將時序轉(zhuǎn)換的圖像數(shù)據(jù)通過VPl 口傳入DSP數(shù)據(jù)處理模塊。FPGA邏輯管理模塊通過IIC總線接收DSP數(shù)據(jù)處理模塊傳送的 配置參數(shù)，Reset_L是電壓監(jiān)控芯片產(chǎn)生的復(fù)位電平，控制FPGA邏輯管理模塊復(fù)位。圖4示出了本發(fā)明的DSP數(shù)據(jù)處理模塊具體硬件電路實現(xiàn)。其DSP芯片用的是 TI公司的TMS320DM642數(shù)字信號處理器芯片，通過IIC總線給FPGA邏輯管理模塊配置參 數(shù)。TMS320DM642數(shù)字信號處理器芯片有16路通用I/O 口(GPI0)，與外設(shè)相連能夠產(chǎn)生 CPU中斷和EDMA中斷。通過與FPGA邏輯管理模塊的I/O 口連接，實現(xiàn)DSP數(shù)據(jù)處理模塊 與FPGA邏輯管理模塊之間的數(shù)據(jù)交換。DSP數(shù)據(jù)處理模塊通過VPl 口接收FPGA邏輯管 理模塊時序轉(zhuǎn)換的圖像數(shù)據(jù)。PCI /HPI端口復(fù)用管腳，通過HPI，主機設(shè)備可以訪問DSP 數(shù)據(jù)處理模塊的整個內(nèi)存空間，以太網(wǎng)媒體接入控制器EMAC提供TMS320DM642核心處理 器與網(wǎng)絡(luò)之間的高效界面。TMS320DM642通過EMIF接口實現(xiàn)與兩片SDRAM (4M*32bit) 無縫連接，得到SDRAM的存儲空間為32M (32M是按照字節(jié)來算，指總的容量，總的容量 =2*4M*32bit=2*4M*4byte=32M)，同時通過 EMIF 連接一個 FLASH 存儲器(4M)。P0WER&RESET 通過外接5V直流電源得到3. 3V電壓作為TMS320DM642的I/O及整個系統(tǒng)的數(shù)字電源，得到 1. 4V電壓作為TMS320DM642的內(nèi)核電壓，然后利用其中的電源監(jiān)控芯片監(jiān)控得到的1. 4V、 3. 3V電壓，如果電壓下降到限值以下，強制產(chǎn)生復(fù)位信號。圖5示出了本發(fā)明的供電模塊。外接12V直流電源通過電源模塊產(chǎn)生1. 2V、1. 4V、 1. 8V、2. 5V、3. 3V、15V和-7. 5V電壓，得到的這些電壓通過電壓監(jiān)控芯片進(jìn)行監(jiān)控。圖6為本發(fā)明的圖像處理流程圖。由CXD成像傳感器模塊2采集到Bayer RAW圖 像后通過雙線性插值得到三通道RGB圖像，然后從RGB圖像空間轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr圖像空間，在 YCbCr圖像空間對Y分量進(jìn)行Gamma校正，并做直方圖均衡化處理，將處理后的圖像轉(zhuǎn)換到RGB圖像空間，再進(jìn)行白平衡處理，最后在客戶端顯示。圖7為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)通信流程圖。DSP數(shù)據(jù)處理模塊作為服務(wù)器(server)與PC 機作為客戶端(client)建立網(wǎng)絡(luò)通信。DSP作為服務(wù)器端執(zhí)行socketO函數(shù)建立socket， 執(zhí)行BindO函數(shù)綁定客戶端端口，執(zhí)行ListenO函數(shù)開始監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，等待客戶端請求； PC機作為客戶端執(zhí)行socketO函數(shù)建立socket，執(zhí)行BindO函數(shù)綁定服務(wù)器端口，執(zhí) 行CormectO函數(shù)開始向服務(wù)器請求連接；服務(wù)器執(zhí)行Acc印t ()函數(shù)與客戶端建立連接， 客戶端執(zhí)行％1 1()函數(shù)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，服務(wù)器通過RecvO函數(shù)接到請求并執(zhí)行 ProcessO處理同時通過knd()函數(shù)向客戶端發(fā)送響應(yīng)和數(shù)據(jù)，客戶端執(zhí)行I^rocess ()處 理響應(yīng)，同時通過RecvO函數(shù)接收結(jié)果；如果繼續(xù)有數(shù)據(jù)通信，則服務(wù)器和客戶端循環(huán)等 待下一次通信，沒有則執(zhí)行CloseO函數(shù)關(guān)閉通信。圖8為本發(fā)明的程序總體運行流程圖。程序上電開始運行，然后進(jìn)行硬件、變量的 初始化，開始創(chuàng)建多任務(wù)；服務(wù)器(DSP)與客戶端(PC機)之間建立網(wǎng)絡(luò)連接，服務(wù)器負(fù)責(zé)接 收網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)送的圖像初始化參數(shù)設(shè)置，接收正確后這些參數(shù)由FPGA配置給CCD傳感器， 客戶端等待服務(wù)器數(shù)據(jù)發(fā)送；CCD傳感器根據(jù)設(shè)置的參數(shù)采集圖像，采集到的圖像發(fā)送到 DSP ；DSP分配采集圖像的緩沖區(qū)，采集一幀圖像，對采集到的圖像進(jìn)行處理，交換數(shù)據(jù)緩沖 區(qū)，將數(shù)據(jù)存儲到發(fā)送的緩沖區(qū)；客戶端接收處理后的圖像數(shù)據(jù)，將結(jié)果顯示出來；然后服 務(wù)器和客戶端繼續(xù)循環(huán)以上過程。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明不限于以上實施例?？梢岳斫?，本 領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變 化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種模塊化CXD工業(yè)相機，其特征在于包括工業(yè)鏡頭、成像傳感器模塊、邏輯管理 模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及相機外殼；所述成像傳感器模塊為CCD成像傳感器模塊，其采用高性能的CCD傳感器芯片，所述成 像傳感器模塊通過40針和20針扁平線連接到邏輯管理模塊；所述邏輯管理模塊為FPGA邏輯管理模塊，其采用FPGA芯片，所述邏輯管理模塊對成像 傳感器模塊的寄存器進(jìn)行配置，控制圖像采集的工作流程，并將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)處 理模塊的Video Port接口可以導(dǎo)入的時序格式，最終傳入數(shù)據(jù)處理模塊的存儲器；所述數(shù)據(jù)處理模塊為DSP數(shù)據(jù)處理模塊，其采用TMS320DM642 DSP芯片，所述數(shù)據(jù)處理 模塊接收邏輯管理模塊的圖像數(shù)據(jù)，并對得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，處理后的圖像結(jié) 果通過以太網(wǎng)口輸出至客戶端PC機或者執(zhí)行機構(gòu)，與客戶端軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，客戶端軟 件傳輸初始化成像傳感器模塊的設(shè)置參數(shù)和實時顯示處理后的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述模塊化CCD工業(yè)相機，其特征在于所述成像傳感器模塊、邏輯 管理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊均采用獨立的電路板設(shè)計，各模塊通過接插件連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述模塊化CCD工業(yè)相機，其特征在于所述邏輯管理模塊處理的 圖像數(shù)據(jù)是以分離的三通道YUV格式數(shù)據(jù)或Bayer RAW格式數(shù)據(jù)由Video Port 口傳入所 述數(shù)據(jù)處理模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述模塊化CCD工業(yè)相機，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊采用 TMS320DM642 DSP芯片，外擴總?cè)萘繛?2M的SDRAM，以及4M的Flash，能穩(wěn)定工作在600MHz 的時鐘頻率，集成10/100M以太網(wǎng)接口，可配置的Video Port接口，以及用于攝像機采集視 頻流的圖像處理和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的通用I/O接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述模塊化CCD工業(yè)相機，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊對圖像 數(shù)據(jù)的實時處理包括進(jìn)行Gamma校正、直方圖均衡化、手動/自動白平衡處理，并自帶了圖 像處理算法，嵌入了 TI Image Library。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述模塊化CCD工業(yè)相機，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)通信是指客戶端 軟件通過以太網(wǎng)與作為服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理模塊通信，傳輸設(shè)置成像傳感器模塊的相應(yīng)參 數(shù)和接收處理后的圖像數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述模塊化CCD工業(yè)相機，其特征在于所述成像傳感器模塊的設(shè) 置參數(shù)具體包括曝光時間、圖像大小、圖像格式以及模式設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種模塊化CCD工業(yè)相機。其適用于檢測高速運動目標(biāo)、易于升級、體積小、功耗低。其硬件部分包括工業(yè)鏡頭、成像傳感器模塊、邏輯管理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊；軟件部分包括相機服務(wù)器軟件和PC機網(wǎng)絡(luò)通信客戶端軟件；邏輯管理模塊通過對成像傳感器模塊的控制，完成圖像采集，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)處理模塊的VP口可以導(dǎo)入的時序格式；數(shù)據(jù)處理模塊接收圖像數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行實時處理，處理結(jié)果通過以太網(wǎng)口輸出至PC機或者執(zhí)行機構(gòu)；其特征在于，所述成像傳感器模塊采用高性能的CCD傳感器芯片，所述邏輯管理模塊采用FPGA芯片，所述數(shù)據(jù)處理模塊采用TMS320DM642DSP芯片。
文檔編號H04N5/225GK102055894SQ201010555000
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者林益 申請人:無錫市博陽精密機械制造有限公司