CN109361851A - 一种高动态范围成像cmos相机 - Google Patents

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何其锐
刘诚筠
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Sichuan Lead Industrial Mdt Infotech Ltd
University of Electronic Science and Technology of China
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Abstract

本发明公开了一种高动态范围成像CMOS相机，包括相机壳体以及安装在相机壳体内的CMOS成像本体，所述CMOS成像本体包括CMOS传感器芯片、FPGA模块、存储器、存储模块、Camera Link接口和GPIO隔离接口，所述FPGA模块分别与CMOS传感器芯片、存储器、存储模块、Camera Link接口、RS485电平转换模块和GPIO隔离接口连接；本发明通过设置CMOS传感器芯片、FPGA芯片和存储器实现高动态范围的图像的获取，并通过设置的Camera Link接口与上位机实现建立通信，实现图像数据的上传和串口指令的下达。

Description

一种高动态范围成像CMOS相机
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种高动态范围成像CMOS 相机。
背景技术
高动态范围成像最初只由计算机生成的图像。后来，人们开发出了一 些从不同曝光范围照片中生成高动态范围图像的方法。随着数码相机的日 渐流行以及桌面软件变得易于使用，许多业余摄影师使用高动态范围成像 的方法生成高动态范围场景的照片。高动态范围成像技术能提供更丰富的 场景动态信息，但目前大多成像设备获取的图像为低动态范围。要获得高 动态范围的图像，现有方法多为对同一场景，相机设定不同光圈和曝光时 间对该场景多次成像，之后利用算法对多帧图像进行处理以获得高动态范 围图像。这种图像的获取方法要求大容量的图像存储单元和较长的图像获 得和处理时间；对摄像者要求较高，且成像时间长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可直接输出高动态范围的图像的高动态范 围成像CMOS相机。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高动态范围成像CMOS相机，包括相机壳体以及安装在相机壳体 内的CMOS成像本体，所述CMOS成像本体包括CMOS传感器芯片、FPGA 模块、存储器、存储模块、CameraLink接口和GPIO隔离接口，所述FPGA 模块分别与CMOS传感器芯片、存储器、存储模块、Camera Link接口和 GPIO隔离接口连接；
所述CMOS传感器芯片用于获取差分图像信号，并将差分图像信号输 出到FPGA模块，FPGA模块将差分图像信号保存在存储器中，并根据时 序关系再从存储器中读出保存的差分图像信号，并对差分图像信号做高动 态范围的图像处理得到图像数据，图像数据通过Camera Link接口输出至 上位机；
FPGA模块通过GPIO隔离接口接收外触发信号，并通过GPIO隔离接 口输出曝光时间同步信号。
进一步地，还包括RS485模块，所述RS485模块分别与FPGA模块和 Camera Link接口连接，上位机通过Camera Link接口发送串行指令，串行 指令通过RS485模块做电平转换后输出给FPGA模块，FPGA模块执行指 令。
进一步地，所述FPGA模块采用Xilinx Spartan6系列FPGA芯片。
进一步地，所述存储器采用DDR3高速存储器。
进一步地，所述存储模块采用flash存储芯片。
进一步地，所述Camera Link接口设置为Camera Link Full模式。
进一步地，所述GPIO隔离接口采用MOCD207M芯片。
进一步地，本发明还包括用于提供工作电压的电源模块。
本发明通过设置CMOS传感器芯片、FPGA芯片和存储器实现高动态 范围的图像的获取，并通过设置的Camera Link接口与上位机实现建立通 信，实现图像数据的上传和串口指令的下达。
附图说明
图1为本发明的CMOS成像本体的结构示意图。
图中标记：1、CMOS传感器芯片；2、FPGA模块；3、存储器；4、 存储模块；5、CameraLink接口；6、RS485模块；7、GPIO隔离接口；8、 电源模块。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的高动态范围成像CMOS相机包括CMOS 传感器芯片1、FPGA模块2、存储器3、存储模块4、Camera Link接口5、 RS485模块6、GPIO隔离接口7、电源模块8和相机壳体。
所述相机壳体采注塑模具制备而成，其外观与普通相机差别不大。相 机壳体内安装有用于成像的CMOS成像本体。
所述CMOS成像本体包括FPGA模块2以及分别与FPGA模块2连接 的CMOS传感器芯片1、存储器3、存储模块4、Camera Link接口5、RS485 模块6和GPIO隔离接口7。所述CMOS传感器芯片1用于获取差分图像 信号，具体地，采用长春长光辰芯光电GSENSE2020s，该CMOS传感器 芯片1可获取2048*2048的像素分辨率尺寸为6.5um*6.5um的图像信号， 获取的差分图像信号输出至FPGA模块2，具体地，所述FPGA模块2为 Xilinx Spartan6系列XC6SLX100-2FG676I，FPGA模块2将CMOS传感器 芯片1获取的差分图像信号并将其保存在存储器3中，存储器3为DDR3 高速存储器，具体为Micron DDR3 MT41K256M16，通过DDR3高速存储 器存储采集的差分图像信号，实时完成高动态范围图像合成，所述高动态 范围图形合成是指根据时序关系再从DDR3高速存储器中读出保存的差分 图像信号，并对差分图像信号做高动态范围的图像处理得到图像数据，最 后通过Camera Link接口5以Camera Link以full模式输出46帧/秒(分辨 率2048*2048)动态范围达70.3dB的图像。
本实施例提供的相机还可通过上位机(计算机)配置工作参数，具体 是通过上位机(计算机)发送串口指令，串口指令通过Camera Link接口5 传输送到RS485模块6，RS485模块6将串口指令做电平转换后发送到FPGA模块2，FPGA模块2接收串口指令并根据串口指令做相应调整，把 那个将配置参数保存在存储模块4中，所述存储模块4为flash存储模块，具体为ST EEPROM M95020。
在外触发工作模式下，FPGA模块2接收通过GPIO隔离接口7传送的 外触发信号，或上位机通过Camera Link接口5和GPIO隔离接口7发送给 FPGA模块2的触发信号，来确定每帧图像的的触发时间。
所述电源模块8将输入直流12V电压转换成各种直流电压为该相机系 统供电。
本发明的工作流程为：FPGA模块2上电完成对CMOS传感器芯片1 初始化后，输出对CMOS传感器芯片1的控制时序信号，从CMOS传感器 芯片1读出高增益和低增益的背景噪声信号后，将此信号数据保存在DDR3 高速存储器；再从CMOS传感器芯片1读出高增益和低增益的图像含噪信 号，并同时从DDR3高速存储器中读出高增益和低增益的背景噪声信号；将图像含噪信号减去背景噪声信号后得到图像信号，再做高动态范围图像 处理算法，得到高动态范围图像信号，并通过Camera Link接口5输出。 FPGA模块2通过GPIO隔离接口7输出每帧图像的曝光时间信号。
以上所述仅是本发明优选的，实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换 都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高动态范围成像CMOS相机，其特征在于：包括相机壳体以及安装在相机壳体内的CMOS成像本体，所述CMOS成像本体包括CMOS传感器芯片、FPGA模块、存储器、存储模块、Camera Link接口和GPIO隔离接口，所述FPGA模块分别与CMOS传感器芯片、存储器、存储模块、Camera Link接口和GPIO隔离接口连接；
所述CMOS传感器芯片用于获取差分图像信号，并将差分图像信号输出到FPGA模块，FPGA模块将差分图像信号保存在存储器中，并根据时序关系再从存储器中读出保存的差分图像信号，并对差分图像信号做高动态范围的图像处理得到图像数据，图像数据通过Camera Link接口输出至上位机；
FPGA模块通过GPIO隔离接口接收外触发信号，并通过GPIO隔离接口输出曝光时间同步信号。
2.根据权利要求1所述的高动态范围成像CMOS相机，其特征在于：还包括RS485模块，所述RS485模块分别与FPGA模块和Camera Link接口连接，上位机通过Camera Link接口发送串行指令，串行指令通过RS485模块做电平转换后输出给FPGA模块，FPGA模块执行指令。
3.根据权利要求1所述的高动态范围成像CMOS相机，其特征在于：所述FPGA模块采用Xilinx Spartan6系列FPGA芯片。
4.根据权利要求1所述的高动态范围成像CMOS相机，其特征在于：所述存储器采用DDR3高速存储器。
5.根据权利要求1所述的高动态范围成像CMOS相机，其特征在于：所述存储模块采用flash存储芯片。
6.根据权利要求1所述的高动态范围成像CMOS相机，其特征在于：所述Camera Link接口(5)设置为Camera Link Full模式。
7.根据权利要求1所述的高动态范围成像CMOS相机，其特征在于：所述GPIO隔离接口(7)采用MOCD207M芯片。
8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的高动态范围成像CMOS相机，其特征在于：还包括用于提供工作电压的电源模块。
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