CN109605382A - 机器人视觉图像处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人视觉图像处理系统，包括光学组件、CCD图像传感器、A/D转换器、图像处理器、片外存储器、HDMI视频显示接口、CAN通讯模块、RS485接口、以太网接口和电源模块，光学组件通过CCD图像传感器与A/D转换器和图像处理器连接，片外存储器、HDMI视频显示接口、CAN通讯模块、RS485接口、以太网接口和电源模块与图像处理器连接；电源模块包括直流电压、控制芯片、第一电容、第一MOS管、第三电容、第一电阻、第一三极管、第一电感、第二电阻、第二电容和电压输出端，直流电源与控制芯片连接。本发明产品体积较小、电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

Description

机器人视觉图像处理系统

技术领域

本发明涉及机器人视觉领域，特别涉及一种机器人视觉图像处理系统。

背景技术

视觉作为机器人重要的感知方式，需要完成环境图像信息的采集、处理、提取机器人所需要的信息等功能，是机器人一个典型的功能构件。研究通用的视觉模块可以减少很多重复的研发工作；此外，由于大量的图像处理运算在独立于上位机的模块内运行，因此可以极大程度地减轻上位机的负担，使其更好地对全局进行控制。然而，传统机器人视觉系统的供电部分使用的元器件较多，电路结构复杂，硬件成本较高，不方便维护。另外，由于传统机器人视觉系统的供电部分缺少相应的电路保护功能，例如：缺少防止信号干扰功能，造成电路的安全性和可靠性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种产品体积较小、电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高的机器人视觉图像处理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种机器人视觉图像处理系统，包括集成在一块电路板上的光学组件、CCD图像传感器、A/D转换器、图像处理器、片外存储器、HDMI视频显示接口、CAN通讯模块、RS485接口、以太网接口和电源模块，所述光学组件通过所述CCD图像传感器分别与所述A/D转换器和图像处理器连接，所述A/D转换器还与所述图像处理器连接，所述片外存储器、HDMI视频显示接口、CAN通讯模块、RS485接口、以太网接口和电源模块均与所述图像处理器连接；

所述电源模块包括直流电压、控制芯片、第一电容、第一MOS管、第三电容、第一电阻、第一三极管、第一电感、第二电阻、第二电容和电压输出端，所述直流电源与所述控制芯片连接，所述控制芯片的电源端分别与所述第一电容的一端和第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电容的另一端和第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极通过所述第一电阻与所述控制芯片的使能控制端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一MOS管的漏极通过所述第一电感分别与所述第二电阻的一端、第二电容的一端和电压输出端连接，所述第二电阻的另一端和第二电容的另一端均接地，所述第三电容的电容值为380pF。

在本发明所述的机器人视觉图像处理系统中，所述电源模块还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述控制芯片的电源端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一MOS管的源极连接，所述第三电阻的阻值为39kΩ。

在本发明所述的机器人视觉图像处理系统中，所述电源模块还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二电容的一端连接，所述第一二极管的阴极与所述电压输出端连接，所述第一二极管的型号为E-562。

在本发明所述的机器人视觉图像处理系统中，所述电源模块还包括第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第四电阻的阻值为42kΩ。

在本发明所述的机器人视觉图像处理系统中，所述第一三极管为NPN型三极管。

在本发明所述的机器人视觉图像处理系统中，所述第一MOS管为P沟道MOS管。

实施本发明的机器人视觉图像处理系统，具有以下有益效果：由于设有集成在一块电路板上的光学组件、CCD图像传感器、A/D转换器、图像处理器、片外存储器、HDMI视频显示接口、CAN通讯模块、RS485接口、以太网接口和电源模块，这样可以节省空间，减小产品体积；电源模块包括直流电压、控制芯片、第一电容、第一MOS管、第三电容、第一电阻、第一三极管、第一电感、第二电阻、第二电容和电压输出端，该电源模块与传统机器人视觉系统的供电部分相比，其使用的元器件较少，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本，另外，第三电容用于防止第一MOS管与第一三极管之间的干扰，因此产品体积较小、电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明机器人视觉图像处理系统一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中电源模块的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明机器人视觉图像处理系统实施例中，该机器人视觉图像处理系统的结构示意图如图1所示。图1中，该机器人视觉图像处理系统包括集成在一块电路板上的光学组件1、CCD图像传感器2、A/D转换器3、图像处理器4、片外存储器5、HDMI视频显示接口6、CAN通讯模块7、RS485接口8、以太网接口9和电源模块10，由于光学组件1、CCD图像传感器2、A/D转换器3、图像处理器4、片外存储器5、HDMI视频显示接口6、CAN通讯模块7、RS485接口8、以太网接口9和电源模块10集成在一块电路板上，这样可以节省空间，因此产品体积较小。

光学组件1通过CCD图像传感器2分别与A/D转换器3和图像处理器4连接，A/D转换器3还与图像处理器4连接，片外存储器5、HDMI视频显示接口6、CAN通讯模块7、RS485接口8、以太网接口9和电源模块10均与图像处理器4连接。

光学组件1通过CCD图像传感器2及A/D转换器3将采集的图像信息发送至图像处理器4；图像处理器4采用嵌入ARM硬核的FPGA处理器。

具体而言，外界光线通过光学组件1形成CCD图像传感器2的感光面上的入射光，其感光区域通过光电二极管将光信号转换为电荷信号，通过驱动信号从CCD图像传感器2的输出端串行输出模拟量信号到A/D转换器3实现采样转换为数字信号，再传输至图像处理器4的内部进行处理。处理后的图像最终保存至片外存储器5中。保存在片外存储器5中的图像输出至HDMI视频显示接口6进行实时监测显示。

具体而言，以太网接口9由图像处理器4控制，实现远程控制和访问请求。

CCD图像传感器2选用驱动芯片CXD1267AN，通过该驱动芯片建立外围电路将图像处理器4输出的控制信号转变为电平幅值和相位不同的垂直转移信号，同时满足CCD图像传感器2的电流驱动能力。

A/D转换器3采用ADI公司生产的AD9949芯片。CCD图像传感器2的VOUT输出信号连接到AD9949芯片的CCDIN引脚输入，依次经过AD9949芯片内部的相关双采样、像素增益放大、可编程增益放大和黑电平箝位后再由12位宽的数模转换器并行输出数字信号。驱动过程的基准频率由AD9949芯片的主时钟CLI引脚提供，同步信号则由VD、HD引脚输入控制，连接至图像处理器4直接提供，分别产生帧同步信号和行同步信号。

图2为本施例中电源模块的电路原理图，图2中，该电源模块10包括直流电压3.3V、控制芯片U1、第一电容C1、第一MOS管M1、第三电容C3、第一电阻R1、第一三极管Q1、第一电感L1、第二电阻R2、第二电容C2和电压输出端Vo，直流电源3.3V与控制芯片U1连接，控制芯片U1的电源端VCC分别与第一电容C2的一端和第一MOS管M1的源极连接，第一MOS管M1的栅极分别与第一电容C1的另一端和第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端与第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的基极通过第一电阻R1与控制芯片U1的使能控制端EN连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一MOS管M1的漏极通过第一电感L1分别与第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端和电压输出端Vo连接，第二电阻R2的另一端和第二电容C2的另一端均接地。

该电源模块10与传统机器人视觉系统的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，第三电容C3为耦合电容，用于防止第一MOS管M1与第一三极管Q1之间的干扰，因此电路的安全性和可靠性较高。值得一提的是，本实施例中，第三电容C3的电容值为380pF，当然，在实际应用中，第三电容C3的电容值可以根据具体情况进行相应调整，也就是第三电容C3的电容值可以根据具体情况进行相应增大或减小。

本实施例中，第一电感L1、第二电阻R2和第二电容C2构成阻容滤波电路，利用第一电感L1能有效滤除频率较大的交流杂波，利用第二电阻R2和第二电容C2能有效滤除频率较小的交流杂波并稳定输出电压，使得输出电压不受电压杂波影响，达到稳定输出电压的目的。

第一电容C1和第一MOS管M1构成电压处理电路，第一电阻R1和第一三极管Q1构成驱动电路。控制芯片U1采用现技术中的控制芯片，目的在于控制电压输出，不局限某一款具体型号的控制芯片。

该电源模块10的工作原理如下：直流电压3.3V从控制芯片U1的电压输入端进入到控制芯片U1中进行电压转换，然后控制芯片U1的使能控制端EN给出一个工作电压，然后第一三极管Q1的集电极输出一个控制电压，第一MOS管M1的栅极得到一个控制电压后，使得第一MOS管M1的漏极与源极之间的PN结导航，输出电压直接从控制芯片U1的电源端VCC经第一MOS管M1输出到阻容滤波电路中；阻容滤波电路对输出电压进行杂波滤除处理，最后从电压输出端Vo得到稳定的输出电压，从而达到滤除杂波并输出稳定电压的目的。

本实施例中，第一三极管Q1为NPN型三极管，第一MOS管M1为P沟道MOS管。当然，在实际应用中，第一三极管Q1可以为PNP型三极管，第一MOS管M1也可以为N沟道MOS管，但这时电路的结构也要相应发生变化。

本实施例中，该电源模块10还包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端与控制芯片U1的电源端VCC连接，第三电阻R3的另一端与第一MOS管M1的源极连接。第三电阻R3为限流电阻，用于对第一MOS管M1的源极电流进行限流保护，以进一步增强电路的安全性和可靠性。当第一MOS管M1的源极电流较大时，通过该第三电阻R3可以降低第一MOS管M1的源极电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件，值得一提的是，本实施例中，第三电阻R3的阻值为39kΩ，当然，在实际应用中，第三电阻R3的阻值可以根据具体情况进行相应调整，也就是第三电阻R3的阻值可以根据具体情况进行相应增大或减小。

本实施例中，该电源模块10还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与第二电容C2的一端连接，第一二极管D1的阴极与电压输出端Vo连接。第一二极管D1为限流二极管，用于对第一MOS管M1的漏极与电压输出端Vo之间的支路进行限流保护，以更进一步增强电路的安全性和可靠性。当第一MOS管M1的漏极与电压输出端Vo之间的支路电流较大时，通过第一二极管D1就可以限制第一MOS管M1的漏极与电压输出端Vo之间的支路电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件。值得一提的是，本实施例中，第一二极管D1的型号为E-562，当然，在实际应用中，第一二极管D1也可以采用其他型号具有类似功能的二极管。

本实施例中，该电源模块10还包括第四电阻R4，第四电阻R4的一端与第一三极管Q1的发射极连接，第四电阻R4的另一端接地。第四电阻R4为限流电阻，用于对第一三极管Q1的发射极电流进行限流保护，以进一步增强限流效果。当第一三极管Q1的发射极电流较大时，通过第四电阻R4就可以限制第一三极管Q1的发射极电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件。值得一提的是，本实施例中，第四电阻R4的阻值为42kΩ，当然，在实际应用中，第四电阻R4的阻值以根据具体情况进行相应调整，也就是第四电阻R4的阻值可以根据具体情况进行相应增大或减小。

总之，本实施例中，光学组件、CCD图像传感器、A/D转换器、图像处理器、片外存储器、HDMI视频显示接口、CAN通讯模块、RS485接口、以太网接口和电源模块集成在一块电路板上，这样可以节省空间，因此产品体积较小。该电源模块10与传统机器人视觉系统的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，该电源模块10中设有耦合电容，因此电路的安全性和可靠性较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人视觉图像处理系统，其特征在于，包括集成在一块电路板上的光学组件、CCD图像传感器、A/D转换器、图像处理器、片外存储器、HDMI视频显示接口、CAN通讯模块、RS485接口、以太网接口和电源模块，所述光学组件通过所述CCD图像传感器分别与所述A/D转换器和图像处理器连接，所述A/D转换器还与所述图像处理器连接，所述片外存储器、HDMI视频显示接口、CAN通讯模块、RS485接口、以太网接口和电源模块均与所述图像处理器连接；

所述电源模块包括直流电压、控制芯片、第一电容、第一MOS管、第三电容、第一电阻、第一三极管、第一电感、第二电阻、第二电容和电压输出端，所述直流电源与所述控制芯片连接，所述控制芯片的电源端分别与所述第一电容的一端和第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电容的另一端和第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极通过所述第一电阻与所述控制芯片的使能控制端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一MOS管的漏极通过所述第一电感分别与所述第二电阻的一端、第二电容的一端和电压输出端连接，所述第二电阻的另一端和第二电容的另一端均接地，所述第三电容的电容值为380pF。

2.根据权利要求1所述的机器人视觉图像处理系统，其特征在于，所述电源模块还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述控制芯片的电源端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一MOS管的源极连接，所述第三电阻的阻值为39kΩ。

3.根据权利要求2所述的机器人视觉图像处理系统，其特征在于，所述电源模块还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二电容的一端连接，所述第一二极管的阴极与所述电压输出端连接，所述第一二极管的型号为E-562。

4.根据权利要求3所述的机器人视觉图像处理系统，其特征在于，所述电源模块还包括第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第四电阻的阻值为42kΩ。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的机器人视觉图像处理系统，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的机器人视觉图像处理系统，其特征在于，所述第一MOS管为P沟道MOS管。