CN111800565A - 一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统及设备，该系统包括CIS硬件平台和终端设备，所述CIS硬件平台通过CIS传感器采集待检测产品的图像数据，图像数据通过Camera Link接口进行传输；所述终端设备通过Camera Link图像采集卡接收所述图像数据并负责包括图像采集控制指令的下发、图像显示以及图像检测在内的任务。本发明只需要一台终端设备即可对多条流水线的产品同时进行多通道图像采集并实时进行在线检测，节省了大量的生产成本和空间，提高了生产效率。

Description

一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统及设备
技术领域
本发明属于工业检测技术领域，具体涉及一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统及设备。
背景技术
目前，业内的现有技术是这样的：
传统的流水线生产通过人工检测的方式，耗时多、成本高、效率低并且误检率高。
工业在线检测图像传输一般使用USB3.0接口或者千兆以太网接口。USB3.0接口传输速度快，但是传输距离近，屏蔽性较差，不适用于复杂的工业生产环境；千兆以太网接口传输距离远，屏蔽性较好，但是需要实现复杂的网络协议，实际有效数据带宽小于1Gbps，不适用于实时多通道高速图像传输。而Camera Link使用LVDS技术进行数据传输，LVDS电压摆幅低(约350mV)、功率小、噪声低，能以最高5.44Gbps的速度传输串行差分信号，适用于实时多通道高速图像传输。
现有技术中存在的主要问题和缺陷如下：
由于图像传感器采集范围有限，目前大多数工业在线检测系统针对多条并行生产线，需要配备多个图像采集设备、处理设备和终端设备，增加了生产成本，占用了大量空间。
目前大多数工业在线检测系统的图像采集使用工业相机来实现，但是工业相机体积大，成本较高，需要额外光源和较大的安装空间，对安装环境的要求比较严格，不适用于大部分工业生产线。
高速传送且速度变化的生产线会对图像采集造成影响，如何在传送速度变化的流水线上稳定采集无畸变、不失真的图像也是亟待解决的问题。
生产线产品图像采集分为全局成像和局部成像。传统工业在线检测采集图像采用全局成像的方式，由于全局成像所采集的图像，大部分图像信息是无用的，例如食品包装袋可能只需要检测生产日期，产地等等，其他内容是不需要检测的，一方面，极大的浪费了图像数据的传输带宽；另一方面，对于图像识别检测来说，需要消耗更多的时间进行算法处理，这两方面原因都将导致整个检测系统无法应用于高速传动的生产流水线。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本发明提供了一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统及设备，只需要一台终端设备即可对多条流水线的产品同时进行多通道图像采集并实时进行在线检测，节省了大量的生产成本和空间，提高了生产效率。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统，包括CIS硬件平台和终端设备，所述CIS硬件平台通过CIS传感器采集待检测产品的图像数据，图像数据通过Camera Link接口进行传输；所述终端设备通过Camera Link图像采集卡接收所述图像数据并负责包括图像采集控制指令的下发、图像显示以及图像检测在内的任务。
优选地，所述CIS硬件平台包括CIS传感器、图像采集主板、图像采集触发装置和速度匹配装置；所述图像采集主板包括FPGA主控模块、模数转换模块、存储模块、Camera Link接口和电源模块；所述CIS传感器和模数转换模块连接，所述CIS传感器、模数转换模块、存储模块、Camera Link接口、图像采集触发装置和速度匹配装置均与FPGA主控模块连接；所述电源模块接受外部12V直流输入，通过DC-DC变换器，生成各个硬件模块的工作电压，为CIS硬件平台供电；所述图像采集触发装置负责产生图像采集触发信号；所述速度匹配装置用于得到流水线的传动速度。
优选地，所述模数转换模块包括N个模数转换芯片和芯片外围电路，用于将模拟图像数据转换为数字图像数据；所述CIS传感器包括N个，分别与模数转换模块中的N个模数转换芯片连接，这里N≥1。
优选地，所述FPGA主控模块包括一块FPGA芯片和芯片外围电路，负责控制协调各个模块的工作；所述存储模块为两片SDRAM存储芯片，用于缓存图像数据，防止图像丢失。
优选地，所述终端设备为嵌入式系统、PC或者工控一体机中的一种。
优选地，所述终端设备上配备有Camera Link图像采集卡，Camera Link图像采集卡通过Camera Link电缆与图像采集主板上的Camera Link接口连接。
优选地，所述终端设备上运行上位机软件，用于发送指令给FPGA主控模块，完成包括图像接收显示、图像检测识别在内的任务。
另一方面，本发明还提供了一种用于平面信息检测的多通道图像采集设备，该设备应用于上述的用于平面信息检测的多通道图像采集系统；包括N个传动机构、N个CIS传感器、N个色标传感器、N个光电编码器、图像采集主板以及用于固定的支架，这里N≥1；所述传动机构用于负责传送待检测产品；N个CIS传感器与待检测产品平行固定放置，用于采集待检测产品图像；N个色标传感器与待检测产品平行固定放置，用于得到流水线的传动速度；N个光电编码器分别固定放置在传动机构上，所述传动机构带动光电编码器。
优选地，所述图像采集主板将图像数据通过Camera Link电缆传输到终端设备。
优选地，所述图像采集主板固定放置于屏蔽电磁干扰的金属壳内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)一块图像采集主板可以同时连接多个CIS传感器，只需要一台终端设备即可对多条流水线的产品同时进行图像采集并实时检测，节省了大量的生产成本和空间。
(2)CIS传感器体积小，无需额外光源，安装方便，整个系统占用空间小，对安装要求比较宽松，适用于大部分工业生产流水线。
(3)针对高速运行且速度变化的流水线，FPGA通过速度匹配模块控制CIS传感器采集图像，保证图像无畸变、不失真。
(4)使用Camera Link接口传输高速串行差分信号，抗干扰性强，有效数据带宽最高可达5.44Gbps，在复杂的工业生产环境中，能够保证图像实时稳定高速传输。
(5)针对不同的待检测产品和待检测区域，选择全局成像或者局部成像，局部成像方式可以调整图像采集范围，设定采集图像宽高范围，能在传输带宽固定的前提下，尽可能的增加流水线的生产速度，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明所提供的一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统的结构组成示意图。
图2是本发明所提供的一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统中FPGA主控模块各部分功能模块工作流程图。
图3是本发明实施例所提供的一种用于平面信息检测的多通道图像采集设备的结构组成示意图。
图4是本发明实施例所提供的一种用于平面信息检测的多通道图像采集设备的工作流程图。
图5是本发明实施例所提供的一种电源模块的供电方案。
附图标记说明：10、第一CIS传感器；11、第二CIS传感器；20、第一光电编码器；21、第二光电编码器；30、第一色标传感器；31、第二色标传感器；40、第一传动机构；41、第二传动机构；50、第一待检测产品；51、第二待检测产品；60、图像采集主板；70、Camera Link电缆；80、终端设备；90、Camera Link图像采集卡；100、电源线；110、电源。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明公开了一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统及设备，该系统包括CIS硬件平台和终端设备。
CIS硬件平台通过CIS传感器采集待检测产品的图像数据，图像数据通过CameraLink接口进行传输，终端设备通过Camera Link图像采集卡接收图像数据，上位机软件在终端设备上运行，负责图像采集控制指令的下发、图像显示以及图像检测等任务。
具体地，如图1所示，CIS硬件平台包括CIS传感器、图像采集主板、图像采集触发装置和速度匹配装置。所述图像采集主板包括FPGA主控模块、模数转换模块、存储模块、Camera Link接口和电源模块。
从CIS传感器输出的模拟信号输入到模数转换模块，模数转换模块包含N(N≥1)个A/D转换芯片，模数转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到FPGA主控模块进行处理，所选芯片型号为HT82V26。
为了防止图像数据丢失，将图像数据输入到存储模块进行缓存。存储模块包括两片SDRAM存储芯片，所选芯片型号为HY57V28820HCT。
FPGA主控模块将图像数据经过处理后，输入到Camera Link接口，再通过CameraLink电缆和Camera Link图像采集卡传输到终端设备。
终端设备的上位机软件显示所采集图像，并对图像进行检测。通过上位机软件发送采集图像控制指令到FPGA主控模块，FPGA将指令进行解析，从而控制CIS改变采集图像模式，包括更改图像高度、更改采集图像区域、更改图像亮度、更改CIS开灯颜色等等。
电源模块如图5所示。
外部直流+12V电源输入通过DC-DC稳压电源产生直流+5V、直流+3.3V、直流2.5V以及直流1.2V为系统各部分模块供电，其中：(1)直流+3.3V为系统供电，为电路中各个需要+3.3V的器件进行供电；(2)直流+5V为CIS传感器和模数转换芯片供电；(3)直流+2.5V和直流1.2V为FPGA芯片供电；(4)外部直流+12V直接为色标传感器和光电编码器供电。
FPGA主控模块各部分功能模块工作流程图如图2所示。
终端设备发送过来的控制指令通过Camera Link接口输入到FPGA中，经CameraLink编解码模块解码输入到指令解析模块进行解析，然后通过各个指令控制各个功能模块的工作。
CIS控制模块接收指令解析模块生成的控制指令，从而控制CIS传感器工作。CIS控制模块控制产生CIS的工作时序和改变CIS传感器的工作模式。CIS传感器的工作模式包括LED开灯颜色、曝光时间以及图像采集周期。
模数转换控制模块接收指令解析模块生成的控制指令，对A/D转换芯片进行寄存器配置，从而控制A/D转换芯片工作。
多通道图像拼接算法将模数转换模块输出的多通道图像数据进行拼接处理。
图像校正算法对图像进行校正处理。
校正后的图像数据存入SDRAM。SDRAM控制模块控制SDRAM双缓冲的读写。
从SDRAM读取的图像数据经过Camera Link编解码模块进行编码，转换成CameraLink信号。
Camera Link信号通过Camera Link接口发送到终端设备。
时钟模块产生各个模块的工作时钟。
实施例
一种用于平面信息检测的多通道图像采集设备，如图3所示。
第一待检测产品50、第二待检测产品51分别经过流水线第一传动机构40、第二传动机构41进行传送。在流水线第一传动机构40、第二传动机构41上方分别平行固定安装第一CIS传感器10、第二CIS传感器11，需要保证第一待检测产品50、第二待检测产品51从第一CIS传感器10、第二CIS传感器11下方通过。CIS传感器自带LED光源，LED光线照射在待检测产品上，经过反射传入到CIS传感器上的光敏单元，然后CIS传感器生成图像的模拟信号，输入到图像采集主板60。
图像采集触发装置包含两个色标传感器，分别是第一色标传感器30、第二色标传感器31，第一色标传感器30、第二色标传感器31分别平行放置于第一待检测产品50、第二待检测产品51上方，产生图像采集触发信号，输入到图像采集主板60。
速度匹配装置包含两个光电编码器，分别是第一光电编码器20、第二光电编码器21，第一光电编码器20、第二光电编码器21分别放置于两条流水线传动机构上，根据流水线不同的传动速度产生不同频率的脉冲信号，输入到图像采集主板60。第一色标传感器30、第二色标传感器31和第一光电编码器20、第二光电编码器21全部连接至图像采集主板60。
在终端设备80上运行上位机软件，终端设备80为嵌入式系统、PC或者工控一体机等中的一种。
图像采集主板60通过Camera Link电缆70、Camera Link图像采集卡90和终端设备80连接，图像采集主板60与终端设备80进行通信，通信过程分为上行通信和下行通信，上行通信是图像采集主板60向终端设备80发送图像数据；下行通信是终端设备80向图像采集主板60发送控制指令。
CIS硬件平台通过电源线100供电，电源110为直流12V电压。
需要说明的是，本图像采集设备可以只对一条流水线进行图像采集，也可以扩充至对多条流水线同时进行图像采集。
图4为本发明所提供的一种用于平面信息检测的多通道图像采集设备的工作流程图，包括如下步骤：
步骤S401，上电初始化。
上电初始化过程包括：CIS传感器的默认参数配置、A/D转换芯片内部寄存器默认参数配置。
CIS传感器的默认参数配置使用的是系统预先定义的默认参数，包括CIS传感器的采图周期时间、各个LED光源开灯时间以及图像分辨率等。
A/D转换芯片内部寄存器默认参数配置同样使用系统预先定义的默认参数，包括A/D转换芯片的工作模式、系统配置等。
步骤S402，上位机控制指令下发。
针对各条不同的流水线设置不同的图像采集控制指令，包括：图像宽度、图像高度、图像亮度以及图像分辨率等。
步骤S403，图像采集设备采集图像。
从CIS传感器采集输出的模拟图像经过模数转换模块变成数字图像，然后经过FPGA主控模块处理。
步骤S404，图像上传到上位机。
在步骤S403中，经过FPGA主控模块处理的数字图像输出到Camera Link接口，再通过Camera Link电缆传输到终端设备上的图像采集卡，最后由终端设备接收并在上位机上显示图像。
步骤S405，图像检测识别。
对步骤S404上传的图像经过一系列的图像算法处理之后，对上传的图像进行检测识别。
步骤S406，检测结果保存。
将步骤S405中图像检测后的结果进行保存。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统，包括CIS硬件平台和终端设备，其特征在于：所述CIS硬件平台通过CIS传感器采集待检测产品的图像数据，图像数据通过Camera Link接口进行传输；所述终端设备通过Camera Link图像采集卡接收所述图像数据并负责包括图像采集控制指令的下发、图像显示以及图像检测在内的任务。
2.根据权利要求1所述的一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统，其特征在于：所述CIS硬件平台包括CIS传感器、图像采集主板、图像采集触发装置和速度匹配装置；所述图像采集主板包括FPGA主控模块、模数转换模块、存储模块、Camera Link接口和电源模块；所述CIS传感器和模数转换模块连接，所述CIS传感器、模数转换模块、存储模块、CameraLink接口、图像采集触发装置和速度匹配装置均与FPGA主控模块连接；所述电源模块接受外部12V直流输入，通过DC-DC变换器，生成各个硬件模块的工作电压，为CIS硬件平台供电；所述图像采集触发装置负责产生图像采集触发信号；所述速度匹配装置用于得到流水线的传动速度。
3.根据权利要求2所述的一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统，其特征在于：所述模数转换模块包括N个模数转换芯片和芯片外围电路，用于将模拟图像数据转换为数字图像数据；所述CIS传感器包括N个，分别与模数转换模块中的N个模数转换芯片连接，这里N≥1。
4.根据权利要求2所述的一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统，其特征在于：所述FPGA主控模块包括一块FPGA芯片和芯片外围电路，负责控制协调各个模块的工作；所述存储模块为两片SDRAM存储芯片，用于缓存图像数据，防止图像丢失。
5.根据权利要求2所述的一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统，其特征在于：所述终端设备为嵌入式系统、PC或者工控一体机中的一种。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统，其特征在于：所述终端设备上配备有Camera Link图像采集卡，Camera Link图像采集卡通过Camera Link电缆与图像采集主板上的Camera Link接口连接。
7.根据权利要求2-5中任一项所述的一种用于平面信息检测的多通道图像采集系统，其特征在于：所述终端设备上运行上位机软件，用于发送指令给FPGA主控模块，完成包括图像接收显示、图像检测识别在内的任务。
8.一种用于平面信息检测的多通道图像采集设备，其特征在于：该设备应用于如权利要求1-7中任一项所述的用于平面信息检测的多通道图像采集系统；包括N个传动机构、N个CIS传感器、N个色标传感器、N个光电编码器、图像采集主板以及用于固定的支架，这里N≥1；所述传动机构用于负责传送待检测产品；N个CIS传感器与待检测产品平行固定放置，用于采集待检测产品图像；N个色标传感器与待检测产品平行固定放置，用于得到流水线的传动速度；N个光电编码器分别固定放置在传动机构上，所述传动机构带动光电编码器。
9.根据权利要求8所述的一种用于平面信息检测的多通道图像采集设备，其特征在于：所述图像采集主板将图像数据通过Camera Link电缆传输到终端设备。
10.根据权利要求8或9所述的一种用于平面信息检测的多通道图像采集设备，其特征在于：所述图像采集主板固定放置于屏蔽电磁干扰的金属壳内。
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