CN104601881B - 一种多通道输出的ccd摄像装置的图像拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法，该方法是在不确定有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}的情况下，首先确定有效像素的末位置，反过来反推有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}信息，实现图像拼接；相机镜头采用computer公司的8位数字图像KAI‑16000相机的16mm的定焦镜头；在线分析仪为Quartus公司的在线分析仪Signal TapⅡ Logic Analyzer。该多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法可应用于多通道输出的面阵、线阵CCD摄像装置的调试，设计简单、高效、通用性强；提高了拼接的正确性、时效性。

Description

一种多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法

技术领域

本发明属于光电成像处理技术领域，具体涉及一种多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法。

背景技术

目前，生产厂家为提高CCD传感器的输出帧频，开发多通道(TAP)面阵CCD或者线阵CCD传感器，例如柯达(KODAK)公司的面阵CCD为例子，KAI-16000为双通道输出CCD传感器，如图1所示；KAI-29050为4通道传感器，如图2所示；DALSA公司的线阵CCD P3-80-xxk40为8通道传感器，如图3所示。

通道输出传感器对于提高帧频，增加CCD的分辨率有直接意义；而对于CCD相机的设计者，将多个通道拼接成一幅图像无疑是增加了设计者的工作量，如果拼接不当将在图像的中间少一些数据，图像出现突变。

目前，传统多通道传统拼接方法如下：

以双通道CCD相机为例，介绍一下CCD相机的工作原理。如图4所示，首先FPGA产生CCD所需要的工作时序，工作时序经过驱动电路转换为CCD所需要的驱动信号，在驱动信号的作用下，CCD通过通道1和通道2将模拟信号输出，两路模拟信号经过各自的模数转换器(Analog-to-Digital Converter)将模拟信号转换成数字信号并发送给FPGA，FPGA将两路信号进行拼接整合，并发送给压缩或者存储处理。

FPGA产生驱动时序到CCD所需的驱动信号经过驱动电路，这个驱动电路有一个时间延时T_{Delay_Driver}，驱动信号输入到CCD输出有一个时间延时T_{Delay_CCD}，模拟信号经过模数转换器有个时间延迟T_{Delay_ADC}，还有布线上的延时T_{Delay_Circuit}。对于FPGA的同步系统，从CCD驱动时序输出到CCD数字输出之间的时间延时T_Delay为：

T_Delay＝T_{Delay_Driver}+T_{Delay_CCD}+T_{Delay_ADC}+T_{Delay_Circuit} (2)

其中：T_{Delay_Driver}驱动电路延时

T_{Delay_CCD}固有延时

T_{Delay_ADC}模数转换器延时

T_{Delay_Circuit}电路延时

拼接图像必须知道T_Delay，通过公式(3)计算出这段时延相当于多少个像素时钟N_{Delay_Pixels}，将得到的时延时钟数与FPGA的同步系统计数器做比较，确定有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}，从而实现图像拼接。

N_{Delay_Pixels}＝T_Delay/T_{Period_Pixel} (3)

其中：N_{Delay_Pixels}是T_Delay相当于多少个像素；

T_{Period_Pixel}是像素的周期

对于传统设计，用示波器测得电路延时T_{Delay_Driver}和T_{Delay_Circuit}，查阅资料得知器件延时T_{Delay_ADC}和T_{Delay_CCD}，最后得到T_Delay。由于测量误差，器件的不同特性，得到T_Delay一般需要很长的过程，即使是经验丰富的工程师，也需要做一定的工作量。因此，传统方法拼接起来比较慢，通用性差，拼接的正确性和时效性都不好。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提供一种多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法，该方法设计简单、高效、通用性强，提高了拼接的正确性、时效性。

本发明的技术方案：

一种多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法，包括以下步骤：

1]在产生CCD驱动时，在有效驱动信号之后多产生100个水平驱动信号；

2]待CCD输出所有有效数据Active Pixels之后，相应多产生100个灰度值为0的无效像素；

3]调节相机镜头的光圈值和曝光时间，使CCD输出的像素都是饱和灰度值；

4]用FPGA的在线分析仪，得到FPGA的系统同步计数器COUNTER和 FPGA的数字信号，当CCD数字信号输出最后一个饱和灰度值时，记录该处的同步计数器的值P_{Active_Pixel_2436}；

5]根据下式计算有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}：

P_{Active_Pixel_1}＝P_{Active_Pixel_2436}-2435 (1)

6]根据确定的有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}实现图像拼接；

所述图像拼接是图像左通道的首位置像素和随后的2435个有效像素是左通道(Video L)的全部有效像素，图像右通道的首位置像素和随后的2435个有效像素是右通道(Video R)的全部有效像素；图像左通道和图像右通道的全部有效数据实现了整幅图像的无缝拼接。

上述步骤3中相机镜头的光圈值为F2.8，曝光时间为100ms。

上述相机镜头为computer公司的8位数字图像KAI-16000相机的16mm的定焦镜头。

上述相机的饱和灰度值是255。

上述在线分析仪为Quartus公司的在线分析仪Signal TapⅡLogic Analyzer。

本发明的优点如下：

该多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法设计简单、高效、通用性强，提高了拼接的正确性、时效性。

附图说明

图1是KAI-16000的示意图；

图2是KAI-29050的示意图；

图3是P3-80-xxk40的示意图；

图4是双通道CCD相机工作原理图；

图5是KAI-16000的2437是黑像元示意图；

图6是KAI-16000的有效像素分析图。

具体实施方式

本方法是在不确定有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}的情况下，首先确定有效像素的末位置，反过来反推有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}信息，实现图像拼接。

以KODAK公司的KAI-16000为例，首先对CCD的特性进行分析。 KAI-16000输出图像从左右两个通道输出，左右通道的输出的格式如下：

CCD的输出＝12个空像元(Empty Pixels)+28个黑像元(Light Shield Pixels)+16个哑像元(Dummy Pixels)+2436个有效数据(Active Pixels)

根据CCD的特性，当2436个有效像元输出之后，之后应该是黑像元，由于像元之间有漏光存在，所以2346个有效像元之后的一个像元即2347应该有一定的值，再之后的的2348就应该是黑的了。

本方法具体过程如下：

步骤1在产生CCD驱动时，多产生100个水平驱动信号；待CCD输出所有有效数据Active Pixels之后，会多输出100个无效像素(此时像素的灰度值为0)；

步骤2此时将相机镜头的光圈值开大，同时曝光时间长一些，保证CCD输出的都是饱和的数值。本系统设计的KAI-16000相机采用的是8位的数字图像，即该相机像元的饱和灰度值是255。

步骤3用FPGA的在线分析仪，记录FPGA的系统同步计数器COUNTER和FPGA得到的数字信号，当CCD数字信号输出的最后一个255灰度值时，该位置为有效像素的2436位置，同时记录该处的同步计数器的值P_{Active_Pixel_2436}。

步骤4根据公式(1)计算出有效像素的首位置：

P_{Active_Pixel_1}＝P_{Active_Pixel_2436}-2435

步骤5根据确定的有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}实现图像拼接。

本系统采用的FPGA是Altera公司的，使用Quartus的在线分析仪Signal TapⅡLogic Analyzer对数据进行分析记录，如图6所示。CCD数字信号输出的最后一个255灰度值的位置对应于系统同步计数器P_{Active_Pixel_2436}的2796这个位置；由于CCD像素漏光原因，在系统时钟的2797位置CCD像素的灰度值为31，2798之后的像素灰度值全部为0，即全黑，与分析一致。因此相机的有效像素的末位置为2796，将数据代入公式(1)，得到2796-2435＝361，计算出有效像素的首位置为系统时钟的361位置，从而实现图像拼接。

Claims (5)

1.一种多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1]在产生CCD驱动时，在有效驱动信号之后多产生100个水平驱动信号；

2]待CCD输出所有有效数据Active Pixels之后，相应多产生100个灰度值为0的无效像素；

3]调节相机镜头的光圈值和曝光时间，使CCD输出的像素都是饱和灰度值；

4]用FPGA的在线分析仪，得到FPGA的系统同步计数器COUNTER和FPGA的数字信号，当CCD数字信号输出最后一个饱和灰度值时，记录该处的同步计数器的值P_{Active_Pixel_2436}；

5]根据下式计算有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}：

P_{Active_Pixel_1}＝P_{Active_Pixel_2436}-2435 (1)

6]根据确定的有效像素的首位置P_{Active_Pixel_1}实现图像拼接；

所述图像拼接是图像左通道的首位置像素和随后的2435个有效像素是左通道Video L的全部有效像素，图像右通道的首位置像素和随后的2435个有效像素是右通道Video R的全部有效像素；图像左通道和图像右通道的全部有效数据实现了整幅图像的无缝拼接。

2.根据权利要求1所述的多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法，其特征在于：所述步骤3中相机镜头的光圈值为F2.8，曝光时间为100ms。

3.根据权利要求1或2所述的多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法，其特征在于：所述相机镜头为computer公司的8位数字图像KAI-16000相机的16mm的定焦镜头。

4.根据权利要求3所述的多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法，其特征在于：所述相机的饱和灰度值是255。

5.根据权利要求4所述的多通道输出的CCD摄像装置的图像拼接方法，其特征在于：所述在线分析仪为Quartus公司的在线分析仪Signal TapⅡLogic Analyzer。