CN102946510A - 高速cmos线扫描相机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高速CMOS线扫描相机，包括线扫描CMOS光电传感器、现场可编程逻辑门阵列、输出接口和存储器；线扫描CMOS光电传感器与现场可编程逻辑门阵列连接，现场可编程逻辑门阵列分别与输出接口和存储器连接。本发明与传统的技术方案相比，由于线扫描CMOS传感器将传感器到前端的信号传输由传统的模拟信号通讯变为数字信号通讯，从而有效解决了高分辨率与高扫描速度的矛盾；同时由于线扫描传感器在光电二极管两侧有充分的空间，增加的数字信号电路不影响光电管的信号采集，从而也保证了高灵敏度和高信噪比。可编程逻辑门阵列可实现流水线数据处理，其高速并行的特点对于高数据率的处理非常有利。因此本发明可被应用于对分辨率和扫描速度要求较高的机器视觉领域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速CMOS线扫描相机。
背景技术
传统的机器视觉技术主要应用于一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合；随着技术的不断发展，如今机器视觉已经开始被大量应用于工业生产，大大提高了生产效率和可靠性，在工况监视、成品检验和质量控制等领域起到了重要的作用。
线扫描相机属于机器视觉的核心部件，是其获取信息的眼睛。线扫描相机凭借其高分辨率、高扫描速度的优势，在高精度几何量测量、高速在线实时检测领域中完全取代了面阵扫描相机。
随着工业自动化领域的不断发展，线扫描相机的分辨率和扫描速度也面临越来越高的要求，例如在高精度PCB制板行业就要求分辨率达到8K像素，同时扫描速度超过40KHz；并且此趋势正在逐渐加剧。由于现有线扫描相机采用的是CCD传感器，其需要在同步时钟的控制下一位一位的输出信息，高分辨率和高扫描速度相互矛盾，目前的解决方案大多是采用多相机拼接的方式来处理，必然对成本和后端处理带来压力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于CMOS传感器的高速高分辨率线扫描相机。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：高速CMOS线扫描相机，包括线扫描CMOS光电传感器、现场可编程逻辑门阵列、输出接口和存储器；所述线扫描CMOS光电传感器与现场可编程逻辑门阵列连接，所述现场可编程逻辑门阵列分别与输出接口和存储器连接。
其中，现场可编程逻辑门阵列包括存储控制模块、前端控制模块、信号处理模块、输出控制模块；信号处理模块分别与存储控制模块、前端控制模块和输出控制模块连接。
线扫描CMOS光电传感器包括光电二极管、像素级相关双采样模块、可编程增益放大器和AD转换电路；光电二极管与像素级相关双采样模块连接，像素级相关双采样模块与可编程增益放大器连接，可编程增益放大器与AD转换电路连接。
所述线扫描CMOS光电传感器通过其中AD转换电路与所述现场可编程逻辑门阵列中的前端控制模块连接。
所述现场可编程逻辑门阵列通过其存储控制模块与存储器连接。
所述现场可编程逻辑门阵列通过其输出控制模块与输出接口连接。
所述输出接口为千兆网接口，和/或CameraLink接口，和/或USB接口，和/或1394接口。
本发明的存储器是电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)或Flash闪存。
本发明的有益效果是：
与传统的技术方案相比，由于线扫描CMOS传感器将传感器到前端的信号传输由传统的模拟信号通讯变为数字信号通讯，从而有效解决了高分辨率与高扫描速度的矛盾；同时由于线扫描传感器在光电二极管两侧有充分的空间，增加的数字信号电路不影响光电管的信号采集，从而也保证了高灵敏度和高信噪比。可编程逻辑门阵列可实现流水线数据处理，其高速并行的特点对于高数据率的处理非常有利。因此本发明可被应用于对分辨率和扫描速度要求较高的机器视觉领域中。
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是本发明高速CMOS线扫描相机实施例的结构示意图。
图2是本发明高速CMOS线扫描相机实施例的线扫描CMOS光电传感器结构示意图。
具体实施方式
在图1中，高速CMOS线扫描相机由线扫描CMOS光电传感器、现场可编程逻辑门阵列、输出接口和存储器组成。
其中线扫描CMOS光电传感器集成了光电二极管(英文缩写为PD)、像素级相关双采样模块(英文缩写为CDS)、可编程增益放大器(英文缩写为PGA)和AD转换电路(英文缩写为ADC)。在图2所示的线扫描CMOS光电传感器的内部结构中，光电二极管与像素级相关双采样模块连接，像素级相关双采样模块与可编程增益放大器连接，可编程增益放大器与AD转换电路连接。
现场可编程逻辑门阵列中包括存储控制模块、前端控制模块、信号处理模块、输出控制模块。上述这些模块的作用如下：
存储控制模块：用于与存储器进行通讯，读写参数信息；
前端控制模块：产生前端CMOS需要的时序和控制指令，接收前端的数据；
信号处理模块：对获取到的图像信号进行像场矫正、偏置矫正、图像变换等处理；
输出控制模块：按对应的协议将处理后的信号发送给输出接口芯片，送至上位机。
存储器为非易失性存储器，用于各种参数掉电存储，本实施例中具体使用的是Flash闪存芯片。也可以使用EEPROM(电可擦写可编程只读存储器)。
输出接口为高速IO接口，可以是千兆网、CameraLink、USB、1394中的一种或多种。
本实施例工作原理：
信号处理模块通过存储控制模块读取预存储的参数，或者从输出控制模块接收到的控制指令，发送到前端控制模块，由前端控制模块对前端的线扫描CMOS光电传感器进行指令或时序控制，控制其曝光时间、采样延迟、放大倍数、AD转换速率等参数，触发光电转换。前端控制模块将从AD转换电路接收到的数据发送到信号处理模块，由信号处理模块进行流水线处理，包括像场矫正、偏置矫正和图像变换等；信号处理模块处理后的数据发送到输出控制模块，由输出控制模块依据相关接口协议(如千兆网和/或CameraLink和/或USB和/或1394)打包数据后发送到输出接口。相机相关参数可直接从输出控制模块接收得到，也可以由信号处理模块根据一定规则进行测试得到，获取的参数由信号处理模块通过存储控制模块发送到存储器进行存储，一般可存储多套不同参数。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.高速CMOS线扫描相机，其特征在于：包括线扫描CMOS光电传感器、现场可编程逻辑门阵列、输出接口和存储器；所述线扫描CMOS光电传感器与现场可编程逻辑门阵列连接，所述现场可编程逻辑门阵列分别与输出接口和存储器连接。
2.根据权利要求1所述的高速CMOS线扫描相机，其特征在于：所述线扫描CMOS光电传感器包括光电二极管、像素级相关双采样模块、可编程增益放大器和AD转换电路；所述光电二极管与像素级相关双采样模块连接，所述像素级相关双采样模块与可编程增益放大器连接，所述可编程增益放大器与AD转换电路连接。
3.根据权利要求1所述的高速CMOS线扫描相机，其特征在于：所述现场可编程逻辑门阵列包括存储控制模块、前端控制模块、信号处理模块、输出控制模块；所述信号处理模块分别与存储控制模块、前端控制模块和输出控制模块连接。
4.根据权利要求1所述的高速CMOS线扫描相机，其特征在于：线扫描CMOS光电传感器通过其中AD转换电路与所述现场可编程逻辑门阵列中的前端控制模块连接。
5.根据权利要求1所述的高速CMOS线扫描相机，其特征在于：所述现场可编程逻辑门阵列通过其存储控制模块与存储器连接。
6.根据权利要求1所述的高速CMOS线扫描相机，其特征在于：所述现场可编程逻辑门阵列通过其输出控制模块与输出接口连接。
7.根据权利要求1所述的高速CMOS线扫描相机，其特征在于：所述输出接口为千兆网接口，和/或CameraLink接口，和/或USB接口，和/或1394接口。
8.根据权利要求1-7任何一项所述的高速CMOS线扫描相机，其特征在于：所述存储器为电可擦写可编程只读存储器。
9.根据权利要求1-7任何一项所述的高速CMOS线扫描相机，其特征在于：所述存储器为Flash闪存芯片。
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Publications (1)
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