CN103475812B - 一种摄像机阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像机阵列，其包括总控制模块和若干个排成方阵的摄像机模组，每个摄像机模组包括分控制模块、9路选择开关、并转串电路、电光转换器、光纤接口和9个排成3×3方阵的基本模块，每个基本模块包括一个摄像机和四个照明灯，四个照明灯以2×2的方式排成正方形，摄像机镜头处于正方形的中心，摄像机连接到9路选择开关，9路选择开关的输出端通过并转串电路连接到电光转换器的输入端，电光转换器通过光纤接口连接处理设备，分控制模块连接9路选择开关和摄像机，总控制模块连接分控制模块。摄像头依次拍摄并将图像通过光纤发送到处理设备。本发明适用于电路板检测等高精度视觉检测领域。

Description

一种摄像机阵列

技术领域

本发明涉及摄影摄像领域，尤其是涉及一种应用于大幅面电路板、胶片和印刷印染品等自动检测领域的低成本摄像机解决方案。

背景技术

随着机器视觉算法软件的日益成熟，计算机硬件价格的跌落，其在工业检测类应用领域的应用越来越普及。在各类应用中利用机器视觉技术检测产品外观质量是一类主要应用，其中包括电子领域的电路板自动检测以及其它领域，如医学领域的X光片，印刷印染领域的印制品等。

以电路板为例，电路板是电子产品的核心，电路和电子元器件的工艺水平越来越高，电路板印制线宽的细微程度细到0.1mm，最小贴片元器件尺寸达到1mm×1mm左右。而电路板在生产过程中都是先用大尺寸制版和焊接，在后续工位再将其折断成像手机这样大小尺寸的产品。大板的尺寸一般会在500mm×500mm左右，按照现在印制线宽为0.1mm的缺陷检测为例，一般会用3个像素来记录0.1mm的目标图像，则500mm中有5000个0.1mm，每个0.1mm用3个像素来表示，则一块500mm*500mm的电路板需要3*5000*3*5000=225,000,000个像素来记录（2.25亿个像素）。这是现在任何摄像机都是无法做到的，就算能实现，也是天价。另外，500mm×500mm这么大面积用一个摄像机来拍摄，其聚焦点也无法同时对准板上的所有位置。

为此，现在的检测产品一般采用X-Y移动平台让摄像机扫描电路板。这样的结构需要X-Y平台非常稳定，否则会使摄像机聚焦不准。为此X-Y移动平台往往都用大量金属块甚至是大理石块做底座。还有的产品只能装在一楼，二楼以上都会因楼的晃动而产生检测误差。目前这样大尺寸的X-Y移动平台价格在5万元以上。

这种结构的另一个问题是检测速度低。完成对一块电路板的检查要扫描完一块板，一般要几分钟时间。

中华人民共和国国家知识产权局于2012年02月01日公开了公布号为CN102338751A的专利文献，名称是基于视觉检测法的电路板缺陷检测设备，其包括上料模块、检测功能模块、出料模块和用以控制电路板定位机构动作并进行缺陷检测和出料控制的控制模块，上料模块与送料传送带的入口连接，送料传送带的出口与检测功能模块连接，送料传送带的出口处安装电路板定位机构，检测功能模块与出料模块相衔接，其中，检测功能模块包括检测功能模块底座、安装有CCD摄像机的摄像机架、电磁铁挡板和用以输送待检测电路板的检测传送带，检测传送带安装在检测功能模块底座上，摄像机机架位于检测传送带上方，在检测传送带的出口处安装电磁铁挡板。此方案中用于检测的CCD摄像机难以快速拍摄大面积的电路板，稳定性也难以得到保证。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的难以快速检测大面积电路板、X-Y移动平台价格高的问题，提供一种拍摄面积大、没有聚焦问题、稳定性好、成本低、速度快的摄像机阵列。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种摄像机阵列，包括总控制模块和若干个摄像机模组，所有摄像机模组排成方阵，每个摄像机模组包括分控制模块、9路选择开关、并转串电路、电光转换器、光纤接口和9个排成3×3方阵的基本模块；每个基本模块包括一个摄像机和四个照明灯，所述四个照明灯以2×2的方式排成正方形，摄像机镜头处于四个照明灯构成的正方形的中心位置；摄像机的输出端都连接到9路选择开关的输入端，9路选择开关的输出端通过并转串电路连接到电光转换器的输入端，电光转换器的输出端连接光纤接口，光纤接口通过光纤连接处理设备，分控制模块连接9路选择开关的控制端和本摄像机模组中的摄像机；总控制模块连接分控制模块。

作为优选，所述照明灯为LED照明灯。

作为优选，LED照明灯的控制端连接分控制模块。

作为优选，所述摄像机模组有9个，以3×3的形式排成方阵，即所有摄像机组成9×9的方阵。

作为优选，所述摄像头为400万像素摄像头。

作为优选，所述处理设备为带有图像整合压缩处理模块的计算机。

作为优选，摄像机原始数据不经过压缩直接通过光纤输出到处理设备。

摄像机阵列中的总控制模块顺序产生9路启动信号，每一路启动信号控制一个模组。每一路启动信号进入到摄像机模组后启动模组中的分控制模块顺序产生9路控制信号，每一路控制信号控制一个基本模块工作。9个基本模块都工作完毕就是该摄像机模组工作完毕，9个摄像机模组工作完毕就是整个摄像机阵列工作完成。

因为所有基本模块是顺序工作的，所以LED照明也是顺序点亮的。不是同时都亮，消耗电力。

摄像机模组内，9个基本模块的摄像头轮流曝光，曝光数据在9路选择器的控制下轮流进入并串转换电路和光电转换器，然后以光信号形式输出。

用9输入1输出的无源光纤将9个摄像机模组连接起来。工作的模组有光信号输出，不工作的模组无光信号输出，从而构成了光总线。

最后摄像机阵列以光纤形式输出给计算机，由计算机对图像进行合并和压缩处理。

目前的通用方式是都做压缩处理，处理器再解压缩，既浪费成本，又损失原始数据信息，而本方案所有摄像机都是以原始数据形式输出，不做任何信号压缩处理。

所有摄像机都是轮流工作，不同时工作，使控制简单。

本方案采用普通的手机用摄像头，主要基于以下几个基本考虑：

1、手机由于产量巨大，使手机用摄像机的价格非常低，产品很成熟，质量很稳定；

2、电路板检测时其检查结果不必当时立即得出，只是在当时收到被测板的图像数据就可以了，因为对电路板的修理工作是后续工位的事情；

3、摄像头的清晰度一般都是拍照片的分辨率高，摄视频分辨率低。X-Y仪方式的检测设备因为是在运动中检测，所以必须使用视频，这并不能充分利用摄像头的分辨率。

通过上述结构，可以对较大面积的电路板进行拍摄，获得足够分辨率的图像，再通过处理设备对图像进行识别对比即可得到检测结果。每个摄像头只负责较小的一个区域，有效解决了聚焦问题。本案实现的分辨率达到400万×81=3.2亿像素，这是现有摄像机很难做到的。而且本案的成本还低于传统方案。

相邻摄像机之间有一个重叠区，即便如此，3.2亿像素已经能够满足2.25亿像素的要求了。

在实际使用过程中，可以根据需要灵活配置摄像机模组个数，实现较小的摄像机阵列或更大的摄像机阵列。

设一个摄像机的曝光时间为0.1秒（每秒10帧），81个摄像机的总曝光时间为8.1秒。因为摄像机阵列数据是以摄像机为单位进行的，处理器接收到一个摄像机数据就可以处理，全部数据接收完后图像也基本处理完了。所以总处理时间在10秒以内。这个速度远高于X-Y平台的处理速度了。

本发明带来的实质性效果是，拍摄面积大，没有聚焦问题，稳定性好，成本低，结构简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明的一种基本模块结构示意图；

图2是本发明的一种摄像机模组结构示意图；

图3是本发明的一种摄像机阵列结构示意图；

图中1、摄像机，2、LED照明灯，3、9路选择开关，4、并转串电路，5、电光转换器，6、分控制模块，7、总控制模块，C00至C22为基本模块，T00至T22为摄像机模组。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种摄像机阵列，如图3所示，包括9个排成3×3方阵的摄像机模组（T00至T22）和总控制模块7。每个摄像机模组的结构如图2所示，包括分控制模块6、9路选择开关3、并转串电路4、电光转换器5、光纤接口和9个排成3×3方阵的基本模块（C00至C22）。每个基本模块的结构如图1所示，包括一个摄像机1和四个LED照明灯2。四个LED照明灯以2×2的方式排成正方形，摄像机镜头处于四个LED照明灯构成的正方形的中心位置，摄像机的输出端都连接到9路选择开关的输入端，9路选择开关的输出端通过并转串电路连接到电光转换器的输入端，电光转换器的输出端连接光纤接口，光纤接口通过光纤连接处理设备，分控制模块连接9路选择开关的控制端和本摄像机模组中的摄像机，总控制模块连接分控制模块。LED照明灯的控制端连接分控制模块。

摄像头为400万像素摄像头。

处理设备为带有图像整合压缩处理模块的计算机。

摄像机阵列中的总控制模块顺序产生9路启动信号，每一路启动信号控制一个模组。每一路启动信号进入到摄像机模组后启动模组中的分控制模块顺序产生9路控制信号，每一路控制信号控制一个基本模块工作。9个基本模块都工作完毕就是该摄像机模组工作完毕，9个摄像机模组工作完毕就是整个摄像机阵列工作完成。

因为所有基本模块是顺序工作的，所以LED照明也是顺序点亮的。不是同时都亮，消耗电力。

摄像机模组内，9个基本模块的摄像头轮流曝光，曝光数据在9路选择器的控制下轮流进入并串转换电路和光电转换器，然后以光信号形式输出。

用9输入1输出的无源光纤将9个摄像机模组连接起来。工作的模组有光信号输出，不工作的模组无光信号输出，从而构成了光总线。

最后摄像机阵列以光纤形式输出给计算机，由计算机对图像进行合并和压缩处理。

目前的通用方式是都做压缩处理，处理器再解压缩，既浪费成本，又损失原始数据信息，而本方案所有摄像机都是以原始数据形式输出，不做任何信号压缩处理。

所有摄像机都是轮流工作，不同时工作，使控制简单。

本实施例的方案是基于以下几个基本考虑；

1、手机由于产量巨大，使手机用摄像机的价格非常低，产品很成熟，质量很稳定；

2、电路板检测时其检查结果不必当时得出，只是在当时将被测板的图像数据得到就可以了，因为对电路板的处理是后续工位的事情；

3、摄像头的清晰度一般都是拍照片的分辨率高，摄视频分辨率低。X-Y仪方式的检测设备因为是在运动中检测，所以必须使用视频，这并不能充分利用摄像头的分辨率。

本案实现的分辨率达到400万×81=3.2亿像素，这是现有摄像机很难做到的。而且本案的成本还低于传统方案。

相邻摄像机之间有一个重叠区，即便如此，3.2亿像素已经能够满足2.25亿像素的要求了。

设一个摄像机的曝光时间为0.1秒（每秒10帧），81个摄像机的总曝光时间为8.1秒。因为摄像机阵列数据是以摄像机为单位进行的，处理器接收到一个摄像机数据就可以处理，全部数据接收完后图像也基本处理完了。所以总处理时间在10秒以内。这个速度远高于X-Y平台的处理速度了。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了摄像头、四路选择器、总线等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种摄像机阵列，其特征在于，包括总控制模块和若干个摄像机模组，所有摄像机模组排成方阵，每个摄像机模组包括分控制模块、9路选择开关、并转串电路、电光转换器、光纤接口和9个排成3×3方阵的基本模块；每个基本模块包括一个摄像机和四个照明灯，所述四个照明灯以2×2的方式排成正方形，摄像机镜头处于四个照明灯构成的正方形的中心位置；摄像机的输出端都连接到9路选择开关的输入端，9路选择开关的输出端通过并转串电路连接到电光转换器的输入端，电光转换器的输出端连接光纤接口，光纤接口通过光纤连接处理设备，分控制模块连接9路选择开关的控制端和本摄像机模组中的摄像机；总控制模块连接分控制模块；所述摄像机模组有9个，以3×3的形式排成方阵，即所有摄像机组成9×9的方阵；摄像机阵列中的总控制模块顺序产生9路启动信号，每一路启动信号控制一个模组；每一路启动信号进入到摄像机模组后启动模组中的分控制模块顺序产生9路控制信号，每一路控制信号控制一个基本模块工作；摄像机模组内，9个基本模块的摄像头轮流曝光，曝光数据在9路选择器的控制下轮流进入并串转换电路和光电转换器，然后以光信号形式输出；用9输入1输出的无源光纤将9个摄像机模组连接起来；工作的模组有光信号输出，不工作的模组无光信号输出；最后摄像机阵列以光纤形式输出给计算机。

2.根据权利要求1所述的一种摄像机阵列，其特征在于，所述照明灯为LED照明灯。

3.根据权利要求2所述的一种摄像机阵列，其特征在于，LED照明灯的控制端连接分控制模块。

4.根据权利要求1所述的一种摄像机阵列，其特征在于，所述摄像头为400万像素摄像头。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种摄像机阵列，其特征在于，所述处理设备为带有图像整合压缩处理模块的计算机。

6.根据权利要求5所述的一种摄像机阵列，其特征在于，摄像机原始数据不经过压缩直接通过光纤输出到处理设备。