CN110248102B - 一种工业相机缓冲方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种工业相机缓冲方法，该系统包括：步骤1，当判定行缓存模块中发生数据阻塞时，将行消隐递推模块中的时钟暂停标志置位，并发送至时钟控制模块；步骤2，根据时钟暂停标志，时钟控制模块生成时钟控制信号，其中，时钟控制信号用于控制时钟信号的产生或停止；步骤3，当判定未接收到时钟信号时，图像传感器停止发送采集到的图像数据至行缓存模块。通过本申请中的技术方案，当数据传输发生阻塞时，在不增加工业相机的额外成本的情况下，对工业相机采集的图像进行整帧缓存，提高了图像缓存的完整性。

Description

一种工业相机缓冲方法

技术领域

本申请涉及工业相机的技术领域，具体而言，涉及一种工业相机缓冲方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，互补金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)被用于芯片制造，并且CMOS芯片逐渐被应用于工业相机领域，即CMOS工业相机。

在机器视觉系统中，CMOS工业相机的数据传输，不可避免的会出现总线数据传输阻塞的情况，此时，考虑到工业相机的生产成本，采用复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)对图像数据进行缓存，由于缓存容量的限制，该方法不能保证CMOS工业相机采集图像的完整性，存在数据丢失的可能。

而现有技术中，为了保证缓存图像的完整性，通常是采用DDR帧存的方法，DDR指的是双倍速率同步动态随机存储器，而工业相机为了支持DDR帧存，需要使用现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)代替CPLD，而FPGA成本一般要高于CPLD，再加上使用的DDR，也增加了工业相机的额外成本；另外，在资源占用方面，FPGA中还需要支持DDR控制器，而DDR控制器的实现逻辑较复杂，要占用较多的FPGA逻辑资源，即占用了工业相机中较多的逻辑资源；并且，FPGA和DDR都有较高的功耗，因此，工业相机的整机功耗也有所提高。

发明内容

本申请的目的在于：根据工业相机中CMOS图像传感器的特性，在行消隐位置停止CMOS图像传感器的时钟信号，暂停数据读出，通过停止数据输出的方法变相实现缓冲，保证工业相机行缓冲不溢出，进而保证采集到的图像数据不丢失，可保证完整帧。

本申请的技术方案是：提供了一种工业相机缓冲方法，该方法适用于工业相机缓存系统，缓存系统包括彼此连接的图像传感器和行缓存模块，图像传感器采集到的图像数据、经由行缓存模块输出至缓存系统的数据输出端，缓存系统还包括：时钟控制模块和行消隐递推模块，缓冲方法包括：步骤1，当判定行缓存模块中发生数据阻塞时，将行消隐递推模块中的时钟暂停标志置位，并发送至时钟控制模块；步骤2，根据时钟暂停标志，时钟控制模块生成时钟控制信号，其中，时钟控制信号用于控制时钟信号的产生或停止；步骤3，当判定未接收到时钟信号时，图像传感器停止发送采集到的图像数据至行缓存模块。

上述任一项技术方案中，进一步地，缓存系统中还设置有外部时钟模块，缓冲方法还包括：根据接收到的时钟控制信号，外部时钟模块向图像传感器发送或停止发送时钟信号。

上述任一项技术方案中，进一步地，行缓存模块中设置有将近满标志，步骤1中判定行缓存模块中发生数据阻塞的方法，具体包括：步骤11，当判定行缓存模块中剩余存储空间小于或等于1行像素大小时，将行缓存模块中的将近满标志置位，并将置位后的将近满标志发送至行消隐递推模块；步骤12，当接收到置位后的将近满标志时，判定行缓存模块中发生数据阻塞。

上述任一项技术方案中，进一步地，缓冲方法还包括：步骤13，当判定行缓存模块中剩余存储空间大于1行像素大小时，将行缓存模块中的将近满标志清零，并将清零后的将近满标志发送至行消隐递推模块；步骤14，当接收到清零后的将近满标志时，判定行缓存模块中未发生数据阻塞。

上述任一项技术方案中，进一步地，将近满标志在行缓存模块中的位置由行缓存模块的数据存储容量和图像传感器采集到的图像数据的宽度确定，数据存储容量大于预设倍数的宽度。

上述任一项技术方案中，进一步地，预设倍数的取值大于或等于2。

上述任一项技术方案中，进一步地，步骤11中，将行消隐递推模块中的时钟暂停标志置位的方法，具体包括：当接收到置位后的将近满标志时，通过打拍确定行信号的下降沿，当判定下降沿到达时后，将时钟暂停标志置位，其中，当行信号处于高电平时，图像传感器发送图像数据至行缓存模块。

本申请的有益效果是：

当工业相机总线阻塞时，工业相机可获得阻塞状态，通过暂停给CMOS图像传感器提供时时钟信号，实现暂停图像传感器数据输出，利用图像传感器的缓存能力，进行数据缓存，实现了在不增加工业相机的额外成本的情况下，对工业相机采集的图像进行整帧缓存，防止图像数据丢失。当阻塞解除时，恢复CMOS图像传感器时钟信号，图像传感器继续图像传输，保证图像完整帧的缓存和输出，实现了行缓存相机不能保证完整的的突破，使行缓存相机达到了帧缓存相机的效果，保持行缓存工业相机的低成本优势。

在本申请中，通过设置外部时钟模块和行消隐递推模块，并在行消隐递推模块中设置将近满标志，提高了时钟信号发送和停止的准确性，避免了因时钟信号失锁、导致图像传感器的内部时序不能立即停止，进而提高对图像传感器图像数据输出控制的准确性。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的CMOS工业相机缓冲系统的示意框图；

图2是根据本申请的一个实施例的工业相机缓冲方法的示意流程图；

图3是根据本申请的一个实施例的行信号的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实施例提供了一种工业相机缓冲系统，该缓存系统包括依次连接的图像传感器和行缓存模块，图像传感器采集到的图像数据经由行缓存模块输出至缓存系统的数据输出端，该缓冲系统还包括：时钟控制模块和行消隐递推模块。

在本实施例中，以COMS工业相机为例，可以使用CPLD作为处理单元，也可以使用成本较低的FPGA，但使用FPGA时，无需使用DDR存储器。

图像传感器采集到的图像数据由一个个像素点构成，如1920*1080的图像，其对应的图像数据由1080行构成，而每一行又包括1920个像素点，图像传感器采集到图像数据之后，逐行发送图像数据，此时，在图像传感器向传输图像数据时，利用行信号对图像数据的传输进行标记，每一个行信号对应于图像传感器发送的一行像素，即从上升沿开始，图像传感器开始发送数据，到下降沿为止，之后便停止发送数据，进入消隐，直到下一个行信号的上升沿，以便于对不同行的像素点进行区分。

并且，需要注意的是，图像传感器只有在接收到时钟信号，产生内部时序，才能够进行图像数据的输出，即图像传感器未接收到时钟信号时，停止发送采集到的图像数据至行缓存模块。

如图2所示，本实施例提供了一种工业相机缓冲方法，适用于上述的缓冲系统，该方法包括：

步骤1，当判定行缓存模块中发生数据阻塞时，将行消隐递推模块中的时钟暂停标志置位，并发送至时钟控制模块；

具体地，一帧图像数据开始传输时，由图像传感器读出，进入行缓存模块，如果用于数据传输的总线没有阻塞，则这一帧图像数据直接通过工业相机接口传输到主机端。如果总线阻塞，主机端没有空间接收多余的数据，工业相机中的行缓存模块会积累数据，进行缓存，如果总线阻塞时间稍长，超过行缓存模块的缓存能力，便会丢失数据，产生残帧。

进一步地，行缓存模块中设置有将近满标志，步骤1中判定行缓存模块中发生数据阻塞的方法，具体包括：步骤11，当判定行缓存模块中剩余存储空间小于或等于1行像素大小时，将行缓存模块中的将近满标志置位，并将置位后的将近满标志发送至行消隐递推模块；步骤12，当接收到置位后的将近满标志时，判定行缓存模块中发生数据阻塞。

更进一步地，该缓存方法还包括：步骤13，当判定行缓存模块中剩余存储空间大于1行像素大小时，将行缓存模块中的将近满标志清零，并将清零后的将近满标志发送至行消隐递推模块；步骤14，当接收到清零后的将近满标志时，判定行缓存模块中未发生数据阻塞。

具体地，在行缓存模块中设置将近满标志，通常情况下，剩余行存储数大于1，即总线没有阻塞，将近满标志为0。当行缓存模块中的剩余缓存能力不足以缓存一行图像数据时，即剩余行存储数小于或等于1时，将近满标志被置位为1，此时，将置位后的将近满标志发送至行消隐递推模块，以便于行消隐递推模块根据将近满标志判断是否发生阻塞。

更进一步地，将近满标志在行缓存模块中的位置由行缓存模块的数据存储容量和图像传感器采集到的图像数据的宽度确定，数据存储容量大于预设倍数的、图像数据的宽度。

优选地，预设倍数的取值大于或等于2。

具体地，行缓存模块(RAM)在可编程逻辑器件内部实现，需要能够缓存2行以上的图像数据，将近满标志设置在行缓存模块的缓存深度(数据存储容量)与图像数据宽度的差值的位置处。比如图像宽度是1920的图像传感器，RAM的缓存深度(数据存储容量)要大于3840，为了增强RAM的缓冲能力，在本实施例中，设置RAM的缓存深度为4096，则将近满标志设置在4096-1920＝2176处，以便于在判定总线发生阻塞时，在不浪费RAM缓存能力的情况下，RAM还具有缓存一行图像数据的能力。

进一步地，本实施例提供了一种将近满标志置位、清零的方法，该方法具体包括：

当接收到置位后的将近满标志时，通过打拍确定行信号的下降沿，当判定下降沿到达时，将时钟暂停标志置位，其中，当行信号处于高电平时，图像传感器发送图像数据至行缓存模块。

具体地，总线阻塞可以发生在图像数据传输的任何时刻，如当前图像数据行的中间位置，最恶劣情况可能出现在一行图像数据的开始，此时，当前行剩余数据还需要行缓存模块缓存下来，以保证图像数据的完整帧缓存。

当行消隐模块接收到置位为1的将近满标志时，可以判定总线发生了数据阻塞，为了缓存完当前行的剩余数据，充分利用行缓存模块的缓存能力，当通过打拍，判定当前图像数据对应的行信号的下降沿，当该下降沿到达时，行消隐模块将时钟暂停标志由0置位为1，即将近满标志置位后，将该行图像数据中的剩余数据写入到行缓存模块后，再将时钟暂停标志置位为1，以便于时钟控制模块控制外部时钟模块停止产生时钟信号，保证每一行图像数据的完整性，当图像传感器不能接收到时钟信号时，其内部时序停止，图像传感器停止向行缓存单元发送图像数据。

步骤2，根据时钟暂停标志，时钟控制模块生成时钟控制信号，其中，时钟控制信号用于控制时钟信号的产生或停止；

具体地，时钟控制模块判断接收到置位为1的时钟暂停标志后，暂停CMOS图像传感器时钟(外部时钟模块)，图像传感器就会停止发出数据，利用工业相机的缓存能力，变相实现图像数据的缓存。时钟暂停标志清零后，时钟控制模块恢复时钟信号的产生，图像传感器继续图像传输。

当总线中的阻塞消除时，行缓存模块中的存储空间剩余行存储数大于1，行缓存模块将置位后的将近满标志清零，当清零的将近满标志发送至行消隐递推模块时，行消隐递推模块判定行缓存模块中不存在数据阻塞，将时钟暂停标志清零，当时钟控制模块接收到清零的时钟暂停标志时，控制外部时钟模块，重新向图像传感器发送时钟信号，图像传感器继续传输图像数据。

进一步地，缓存系统中还设置有外部时钟模块，缓存方法还包括：根据接收到的时钟控制信号，外部时钟模块向图像传感器发送或停止发送时钟信号。

具体地，为了提高图像传感器时钟信号控制的准确性，选取未设置片上锁相环(Phase Locked Loop，PLL)电路的图像传感器或者去除图像传感器上的片上锁相环(PhaseLocked Loop，PLL)电路，因此，可以避免PLL失锁的延迟，导致图像传感器的内部时序不能立即停止，即图像传感器的数据不能立即停止输出。因此，设置外部时钟模块，由外部时钟模块为图像传感器提供时钟信号，这样，当外部的时钟信号暂停后，图像传感器的内部时序立即停止，图像传感器暂停发送数据，当外部时钟恢复时，图像传感器的内部时序继续，图像传感器还能继续传输数据，也就是说，在传输了半帧图像，暂停图像传感器的外部时钟一段时间，然后恢复，图像传感器还能继续传输剩余的半帧图像。

机器视觉行业大量使用的低成本的MT9M001、MT9M031型图像传感器都具有这一特性，恰好可满足本实施例的需求。

步骤3，当判定未接收到时钟信号时，图像传感器停止发送采集到的图像数据至行缓存模块，以便于利用工业相机中的存储空间对图像数据进行缓存，实现数据的整帧缓存。

如图3所示，本实施例示出了一种缓冲方法的实现，该实现过程为：

当工业相机传输总线没有阻塞时，图像传感器是按照固定的行周期读出图像数据的，每一行内的时钟个数是固定且连续的。

第二个行信号上升沿之后，对应的第二行像素开始读出，之后设定总线发生阻塞。行缓存模块通过将将近满标志置位，以反馈出总线阻塞状态，表现为图3将近满标志置1。

此时，不暂停外部时钟模块为图像传感器提供的时钟信号，图像传感器中的图像数据仍然读出，行缓存模块继续缓存图像数据，以保证数据不丢失。

行消隐模块通过打拍，确定第二个行信号的下降沿。当第二个行信号下降沿到达时，即剩余数据缓存完之后，行消隐模块再将行信号下降沿标志置位，以表明完成第二行像素的缓存，实现完整帧缓存。

当行信号下降沿标志置位后，行消隐模块将时钟暂停标志置为1，控制外部时钟模块停止产生时钟信号，此时，图像传感器不再向外读出图像数据。

因此，在行信号下降沿标志为1时刻(第二个行信号的下降沿到达时刻)，到将近满标志由1变0之前(阻塞解除之前)，行缓存模块不接收数据，如果接收就有可能溢出，因此，在此时间段内，时钟信号是停止的，即行消隐延长，这样可以保证没有图像数据从图像传感器中读出。

当将近满标志由1变0时，说明总线阻塞有所缓解，即行缓存模块中可以继续缓存图像数据，因此，将时钟暂停标志清零，外部时钟模块恢复向图像传感器提供时钟信号，图像传感器继续读出图像。

在这个缓冲方法实现过程中，通过在特殊位置，即在将近满信号置位后的下一个行信号的下降沿，控制时钟信号的停止，并在将近满信号清零后，控制时钟信号的恢复，保证了数据读出的完整性，也确保行缓存没有溢出，没有数据丢失，进而实现完整帧传输的设计。

通过对本实施例中所涉及的工业相机缓存系统方法，与采用DDR帧的工业相机缓存方法进行对比，本实施例中的相机缓存方法对工业相机的缓存深度(容量)要求极低，只需几行，容量约为几KB；而DDR帧存类相机缓存方法系统，要实现相同的整帧缓存，至少要缓存一帧图像数据的大小，其缓存所需的容量少则几百KB，多则几十MB。

而且，本实施例中涉及的相机缓存系统，相比于DDR帧的相机缓存系统可以省去一片DDR，直接节省成本10元以上，还降低了焊接、印制电路板成本。

本实施例中采用CPLD还有利于降低工业相机系统的整体功耗和温度，有助于提高工业相机图像质量。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请的工业相机缓冲方法包括：步骤1，当判定行缓存模块中发生数据阻塞时，将行消隐递推模块中的时钟暂停标志置位，并发送至时钟控制模块；步骤2，根据时钟暂停标志，时钟控制模块生成时钟控制信号，其中，时钟控制信号用于控制时钟信号的产生或停止；步骤3，当判定未接收到时钟信号时，图像传感器停止发送采集到的图像数据至行缓存模块。通过本申请中的技术方案，当数据传输发生阻塞时，在不增加工业相机的额外成本的情况下，对工业相机采集的图像进行整帧缓存，提高了图像缓存的完整性。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (5)

1.一种工业相机缓冲方法，该方法适用于工业相机缓存系统，所述缓存系统包括彼此连接的图像传感器和行缓存模块，所述图像传感器采集到的图像数据、经由所述行缓存模块输出至所述缓存系统的数据输出端，其特征在于，所述缓存系统还包括：时钟控制模块和行消隐递推模块，其中，所述图像传感器为CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器中未设置片上锁相环电路，所述缓冲方法包括：

步骤1，当判定所述行缓存模块中发生数据阻塞时，将所述行消隐递推模块中的时钟暂停标志置位，并发送至所述时钟控制模块，其中，所述行缓存模块中设置有将近满标志，所述步骤1具体包括：

步骤11，当判定所述行缓存模块中剩余存储空间小于或等于1行像素大小时，将所述行缓存模块中的所述将近满标志置位，并将置位后的所述将近满标志发送至所述行消隐递推模块；

步骤12，当接收到置位后的所述将近满标志时，判定所述行缓存模块中发生数据阻塞，

当接收到置位后的所述将近满标志时，通过打拍确定行信号的下降沿，当判定所述下降沿到达时，所述行消隐递推模块将所述时钟暂停标志置位，其中，所述行信号用于对所述图像数据的传输进行标记，当所述行信号处于高电平时，所述图像传感器发送所述图像数据至所述行缓存模块；

步骤2，根据所述时钟暂停标志，所述时钟控制模块生成时钟控制信号，其中，所述时钟控制信号用于控制时钟信号的产生或停止；

步骤3，当判定未接收到时钟信号时，所述图像传感器停止发送采集到的所述图像数据至所述行缓存模块。

2.如权利要求1所述的工业相机缓冲方法，其特征在于，所述缓存系统中还设置有外部时钟模块，所述缓冲方法还包括：

根据接收到的所述时钟控制信号，所述外部时钟模块向所述图像传感器发送或停止发送时钟信号。

3.如权利要求1所述的工业相机缓冲方法，其特征在于，所述缓冲方法还包括：

步骤13，当判定所述行缓存模块中所述剩余存储空间大于1行像素大小时，将所述行缓存模块中的所述将近满标志清零，并将清零后的所述将近满标志发送至所述行消隐递推模块；

步骤14，当接收到清零后的所述将近满标志时，判定所述行缓存模块中未发生数据阻塞。

4.如权利要求3所述的工业相机缓冲方法，其特征在于，所述将近满标志在所述行缓存模块中的位置由所述行缓存模块的数据存储容量和所述图像传感器采集到的所述图像数据的宽度确定，所述数据存储容量大于预设倍数的所述宽度。

5.如权利要求4所述的工业相机缓冲方法，其特征在于，所述预设倍数的取值大于或等于2。

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