CN101500155A - 高帧频ccd图像远程实时采集方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种帧频达955帧/秒的CCD图像远程实时采集方法及系统，该方法包括：1]将CCD摄像机生成LVDS信号转换成TTL数字信号；2]TTL数字信号转换成并行数据；3]并行数据转换成光信号；4]光信号进行远程传输；5]远程端将光信号转换成并行数据；6]并行数据转换成TTL数字信号；7]TTL数字信号转换成LVDS信号；8]实时采集LVDS信号；该系统包括高帧频CCD摄像机、摄像机端电路、远程端电路、传输光缆连接；本发明解决了现有高帧频摄像机的数字图像不能远程传输并进行实时采集的问题，可用于观察、研究有毒害、有辐射或危险区域的高速事件或对爆炸过程的高速诊断。
Description
技术领域
本发明属于高速摄像技术领域，尤其涉及高帧频的CCD图像远程实时采集方法及系统。
背景技术
高速摄像机在科研、运动领域中有着广泛应用，是研究高速事件的重要设备。目前市场上的摄像机主流产品的帧速低于60帧/秒，帧频高于60帧/秒的大多数是CMOS摄像机和CCD摄像机，CMOS摄像机与CCD摄像机相比，CCD的象素分辨相对低一些，但灵敏度比CMOS摄像机高。现有的高帧频CMOS摄像机和CCD摄像机不能在很远的地方(大于1km)地方利用计算机进行实时数字化图像采集。而有时在观察、研究一些有害、有毒、有辐射的或危险的高速事件时需采用高帧频率远程CCD图像采集系统。加拿大DALSA公司的DS-41-065k0955高帧频CCD摄像机，采用的是低电压差分信号(LVDS)接口，但是只能在低于5米处进行图像采集。
发明内容
为了解决现有高帧频摄像机的数字图像不能远程传输并进行实时采集的问题，本发明基于高帧频CCD摄像机，提供一种高质量图像的高帧频CCD图像远程实时采集方法及系统。
本发明所提出的一种高帧频CCD图像远程实时采集方法，包括以下步骤：
1]将高帧频CCD摄像机生成的LVDS信号转换成TTL数字信号；
2]将TTL数字信号进行复用转换成并行数据；
3]将并行数据编码转换成串行数据，再将串行数据转换成ECL电平信号，再将ECL电平信号转换成光信号；
4]将光信号通过传输光缆进行远程传输；
5]远程端将光信号转换成ECL电平信号，再将ECL电平信号转换成串行数据；再将串行数据解码转换成并行数据；
6]将并行数据进行转换成TTL数字信号；
7]将TTL数字信号转换成LVDS信号；
8]实时采集LVDS信号。
上述步骤1]具体为：将LVDS信号转换成36位TTL数字信号；
上述步骤2]具体为：将36位TTL数字信号进行2∶1复用后转换成18位并行数据；
上述步骤6]具体为：将18位并行数据解复用为36位TTL数字信号；
上述步骤7]具体为：将36位TTL数字信号转换为LVDS信号。
一种高帧频CCD图像远程实时采集系统，包括高帧频CCD摄像机，所述高帧频CCD摄像机包括摄像头及控制单元1，其特点在于：还包括摄像机端电路和远程端电路，所述摄像机端电路和远程端电路用传输光缆连接；
上述摄像机端电路包括依次连接的第一转换接口3、编码单元4、光发射单元5；所述第一转换接口3与摄像头相连，用于将摄像头输出的LVDS信号转换成TTL数字信号；所述编码单元4用于将第一转换接口3输出的多路TTL数字信号复用为并行数据；所述光发射单元5用于将编码单元4输出的并行数据依次编码转换为串行数据、ECL电平信号、光信号，并将光信号送入传输光缆进行发射；
上述远程端电路包括依次连接的光接收单元6、解码单元7、第二转换接口8、采集卡9和计算机10；
上述光接收单元6用于将传输光缆送入的光信号依次转换为ECL电平信号、串行数据、并行数据；所述解码单元7用于将光接收单元输出的并行数据解码为TTL数字信号；所述第二转换接口用于将光接收单元输出的TTL数字信号转换为LVDS信号；所述采集卡9和计算机10用于接收第二转换接口输出的LVDS信号并进行连续采集。
上述光发射单元包括数据转换模块和发射模块，所述数据转换模块用于将编码单元输出的并行数据先转换为串行数据，再转换为ECL电平信号，所述发射模块用于将ECL电平信号转换成光信号并进行发射；所述光接收单元包括接收模块和数据转换模块，所述接收模块用于将传输光缆送入的光信号转换成ECL电平信号，所述数据转换模块用于将接收模块输出的ECL电平信号先转换为串行数据，再转换成并行数据。
上述摄像头为DS-41-065k0955高帧频CCD摄像机。
上述传输光缆为单模光缆。
本发明的优点：
1、本发明在现有高帧频CCD摄像机的基础上增加了电平转换电路、数字信号复用和编解码电路，利用单根单模光缆对高帧频数字图像进行远距离传输(可大于数十公里)，可以在离被测目标很远的地方，方便地进行955帧/秒、分辨率256×256图像高质量的远距离传输，并实时连续采集存储。
2、本发明可避免高帧频CCD摄像机在辐射、有毒害、易爆炸等危险环境中应用给工作人员造成的伤害，可用于观察、研究有毒害、有辐射的或危险的区域的高速事件或对爆炸过程的高速诊断。
3、本发明提供了一种实时性很强的高帧频数字摄像机，可跟踪快速变化的发生和发展过程，并实时记录存储下来进行处理，适用所有高速摄影领域。
附图及其说明
附图1是本发明高帧频CCD图像远程实时采集系统的结构示意图；其中：1-控制单元，2-摄像头，3-第一转换接口，4-编码单元，5-光发射单元，6-光接收单元，7-解码单元，8-第二转换接口、9-采集卡、10-计算机。
具体实施方式
本发明955帧/秒的高帧频CCD图像远程实时采集系统参见附图，包括高帧频CCD摄像机、摄像机端电路、远程端电路、相应应用软件以及用于连接摄像机端电路和远程端电路的单模传输光缆；其中，高帧频CCD摄像机包括摄像头2及控制单元1，摄像机端电路包括依次连接的第一转换接口3、编码单元4、光发射单元5，第一转换接口3与摄像头2相连，光发射单元5与传输光缆连接；远程端电路包括依次连接的光接收单元6、解码单元7、第二转换接口8、采集卡9和计算机10，光接收单元6与传输光缆连接。
本发明的高帧频CCD图像远程实时采集方法：将DS-41-065k0955高帧频CCD摄像机以低电压差分信号(LVDS信号)格式输出的视频信号转换成标准的晶体管逻辑电路信号(TTL数字信号)、多路TTL数字信号复用后编码，编码信号经光发射单元转换成光信号。接收单元是前面的逆过程即光信号转换成编码信号，经解码和解复用后为多路TTL数字信号，TTL数字信号转换为LVDS信号。该过程最后得到低电压差分信号格式的视频信号，利用采集卡和相应软件进行实时采集并存储到计算机，达到高帧频图像的远程实时采集。
本发明各部分组成和工作过程如下：摄像头采用DS-41-065k0955高帧频CCD摄像机；编码单元、控制单元和光发射单元集成在一块PCB电路板上；第一转换接口3采用两块PCB分别与摄像头的两个数据总线DB50的接口相接，这两块PCB电路板直接插在编码单元和光发射单元集成的PCB电路板上，控制单元直接与摄像头的控制总线DB15接口相连，单模光缆插在光发射单元的发射模块上；第一转换接口的功能是将摄像头输出的低压差分信号(LVDS信号)转换成标准的晶体管逻辑电路信号(TTL数字信号)，利用美国NS公司的DS90C32实现；编码单元实现多路TTL数字信号的复用，即将接口转换的36位TTL数字信号进行2∶1复用成为18位；控制单元产生摄像头正常所需的控制时序；编码单元和控制单元采用赛灵思公司的CPLD器件XC9572实现；光发射单元由数据转换模块和发射模块组成，其功能是将编码单元输出的18位并行数据首先转换为串行数据，后转换为光发射模块需要的ECL电平信号，由发射模块将电信号转换成光信号；光发射单元主要采用安捷伦公司的数据转换器HDMP-1022和光发射接收模块HFCT-53D5；光接收单元、解码单元和第二转换接口8组成的电路集成在一块电路板上，其功能是实现上述过程的逆过程，即光接收单元将接收到的光信号转换成ECL电平信号，ECL电平信号转成18位并行数据，解码单元将18位并行数据解复用为36位TTL数字信号，第二转换接口8将36位TTL数字信号转换为LVDS信号。采集卡与软件接收LVDS信号进行图像的连续采集。光接收单元主要采用安捷伦公司的数据转换器HDMP-1024和光发射接收模块HFCT-53D5；解码单元采用赛灵思公司的CPLD器件XC9572实现；接口转换采用美国NS公司的DS90C31实现；采集卡和软件采用加拿大Coreco公司PC-DIG图像采集卡和IFC软件开发的应用程序。
Claims (6)
1、一种高帧频CCD图像远程实时采集方法，其特征在于：包括以下步骤：
1]将高帧频CCD摄像机生成的LVDS信号转换成TTL数字信号；
2]将TTL数字信号进行复用转换成并行数据；
3]将并行数据编码转换成串行数据，再将串行数据转换成ECL电平信号，再将ECL电平信号转换成光信号；
4]将光信号通过传输光缆进行远程传输；
5]远程端将光信号转换成ECL电平信号，再将ECL电平信号转换成串行数据；再将串行数据解码转换成并行数据；
6]将并行数据进行转换成TTL数字信号；
7]将TTL数字信号转换成LVDS信号；
8]实时采集LVDS信号。
2、根据权利要求1所述的实时采集方法，其特征在于：所述步骤1]具体是将LVDS信号转换成36位TTL数字信号；所述步骤2]具体是将36位TTL数字信号进行2∶1复用转换成18位并行数据；所述步骤6]具体是将18位并行数据解复用为36位TTL数字信号；所述步骤7]具体是将36位TTL数字信号转换为LVDS信号。
3、一种高帧频CCD图像远程实时采集系统，包括含有摄像头(2)及控制单元(1)的高帧频CCD摄像机，其特征在于：其还包括摄像机端电路和远程端电路，所述摄像机端电路和远程端电路用传输光缆连接；
所述摄像机端电路包括依次连接的第一转换接口(3)、编码单元(4)、光发射单元(5)；所述第一转换接口(3)与摄像头(2)相连，用于将摄像头(2)输出的LVDS信号转换成TTL数字信号；所述编码单元(4)用于将第一转换接口(3)输出的多路TTL数字信号复用为并行数据；所述光发射单元(5)用于将编码单元(4)输出的并行数据依次编码转换为串行数据、ECL电平信号、光信号，并将光信号送入传输光缆进行发射；
所述远程端电路包括依次连接的光接收单元(6)、解码单元(7)、第二转换接口(8)、采集卡(9)和计算机；所述光接收单元(6)用于将传输光缆送入的光信号依次转换为ECL电平信号、串行数据、并行数据；所述解码单元(7)用于将光接收单元输出的并行数据解码为TTL数字信号；所述第二转换接口用于将光接收单元输出的TTL数字信号转换为LVDS信号；所述采集卡和计算机用于接收第二转换接口输出的LVDS信号并进行连续采集。
4、根据权利要求3所述的实时采集系统，其特征在于：所述光发射单元包括数据转换模块和发射模块，该数据转换模块用于将编码单元输出的并行数据先转换为串行数据，再转换为ECL电平信号，该发射模块用于将ECL电平信号转换成光信号并进行发射；
所述光接收单元包括接收模块和数据转换模块，该接收模块用于将传输光缆送入的光信号转换成ECL电平信号，该数据转换模块用于将该接收模块输出的ECL电平信号先转换为串行数据，再转换成并行数据。
5、根据权利要求3或4所述的实时采集系统，其特征在于：所述摄像头为DS-41-065k0955高帧频CCD摄像机。
6、根据权利要求5所述的实时采集系统，其特征在于：所述传输光缆为单模光缆。
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| CNA2009100212095A CN101500155A (zh) | 2009-02-20 | 2009-02-20 | 高帧频ccd图像远程实时采集方法及系统 |
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Publications (1)
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