CN113630585A - 一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统及方法，以解决现有的图像传输系统不支持扩展型Camera Link图像传输的问题。该系统包括依次连接的Camera Link转光装置、MPO光纤互联传输装置、光转Camera Link装置。Camera Link转光装置包括依次连接的扩展型Camera Link输入接口、第一FPGA芯片、第一MPO光模块，第一FPGA芯片包括扩展型Camera Link数据解析模块、80bit转64bit数据转换模块、图像流编码模块、图像输出缓存FIFO、Aurora 66B64B数据编码模块及第一时钟管理模块。光转Camera Link装置包括依次连接的第二MPO光模块、第二FPGA芯片、扩展型Camera Link输出接口，第二FPGA芯片包括Aurora 66B64B数据解码模块、图像流解码模块、图像输入缓存FIFO、64bit转80bit数据转换模块、扩展型Camera Link数据编码模块及第二时钟管理模块。

Description

一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统及方法
技术领域
本发明涉及信号处理和传输技术领域，具体涉及一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统及方法。
背景技术
目前大部分工业数字相机通过Camera Link接口输出图像数据，该接口是机器视觉领域中应用最广泛的一种接口协议。Camera Link是基于LVDS技术的一种接口标准，这种标准特别适用于高速相机的数据传输。但是Camera Link数据传输格式对线路要求较高、布线困难，且不能进行图像数据的长距离传输，在一定程度上制约了光电测量设备小型化的发展。
随着光纤互联传输技术的发展，目前的光纤传输系统可支持基础型(Base)、中等配置型(Medium)、全配置型(Full)，像素时钟最高为85Mhz的Camera Link图像实时传输。而随着光电设备的发展，图像分辨率越来越大，Camera Link协议补充了扩展型Camera Link协议，数据位宽由64bit提升到80bit，但现有的图像传输系统不支持扩展型Camera Link图像传输。
发明内容
本发明的目的是解决现有的图像传输系统不支持扩展型Camera Link图像传输的问题，而提供一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统及方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特殊之处在于：
包括依次连接的Camera Link转光装置、MPO光纤互联传输装置、光转Camera Link装置；
所述Camera Link转光装置包括依次连接的扩展型Camera Link输入接口、第一FPGA芯片、第一MPO光模块；所述第一FPGA芯片包括扩展型Camera Link数据解析模块、80bit转64bit数据转换模块、图像流编码模块、图像输出缓存FIFO、Aurora 66B64B数据编码模块以及第一时钟管理模块；
所述扩展型Camera Link输入接口用于接收扩展型Camera Link相机图像数据；所述扩展型Camera Link数据解析模块用于将扩展型Camera Link相机图像数据解析为80位宽的图像数据；所述80bit转64bit数据转换模块用于将80位宽的图像数据转换成64位宽的图像数据；所述图像流编码模块用于将64位宽的图像数据编码成64位宽的并行数据；所述图像输出缓存FIFO用于对64位宽的并行数据进行跨时钟域处理，得到本地时钟下的64位宽的并行数据；所述Aurora 66B64B数据编码模块用于将本地时钟下的64位宽的并行数据编码成64位宽的高速串行数据；所述第一时钟管理模块用于提供本地时钟信号；所述第一MPO光模块用于将64位宽的高速串行数据转换成光信号并输出；
所述MPO光纤互联传输装置用于将Camera Link转光装置输出的光信号传输至光转Camera Link装置；
所述光转Camera Link装置包括依次连接的第二MPO光模块、第二FPGA芯片、扩展型Camera Link输出接口；所述第二FPGA芯片包括Aurora66B64B数据解码模块、图像流解码模块、图像输入缓存FIFO、64bit转80bit数据转换模块、扩展型Camera Link数据编码模块以及第二时钟管理模块；
所述第二MPO光模块用于将光信号转换成64位宽的高速串行数据；所述Aurora66B64B数据解码模块用于将64位宽的高速串行数据解码成64位宽的并行数据；所述图像流解码模块用于对64位宽的并行数据进行图像解码，得到64位宽的图像数据；所述图像输入缓存FIFO用于对64位宽的图像数据进行跨时钟域处理，得到本地时钟下的64位宽的图像数据；所述64bit转80bit数据转换模块用于将本地时钟下的64位宽的图像数据还原为80位宽的图像数据；所述扩展型Camera Link数据编码模块用于将80位宽的图像数据编码成扩展型Camera Link相机图像数据；所述第二时钟管理模块用于提供本地时钟信号；所述扩展型Camera Link输出接口用于将扩展型Camera Link相机图像数据输出。
进一步地，所述扩展型Camera Link相机图像数据的格式为12对LVDS数据通道和3对像素时钟通道。
进一步地，所述第一MPO光模块与第一FPGA芯片的电接口以及第二MPO光模块与第二FPGA芯片的电接口均采用焊接式LCC封装。
进一步地，所述第一MPO光模块和第二MPO光模块均采用密封封装，其内部充有N2。
进一步地，所述MPO光纤互联传输装置包括至少两根MPO光纤和至少一个用于连接两根MPO光纤的MPO光纤连接器。
进一步地，所述第一FPGA芯片和第二FPGA芯片的型号为X7K325TF676。
一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输方法，采用上述扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)Camera Link转光装置的扩展型Camera Link输入接口接收扩展型Camera Link相机图像数据，并传输至第一FPGA芯片；
2)第一FPGA芯片的扩展型Camera Link数据解析模块将扩展型Camera Link相机图像数据解析为80位宽的图像数据；80bit转64bit数据转换模块将80位宽的图像数据转换成64位宽的图像数据；图像流编码模块将64位宽的图像数据编码成64位宽的并行数据；图像输出缓存FIFO对64位宽的并行数据进行跨时钟域处理后，得到本地时钟下的64位宽的并行数据；Aurora 66B64B数据编码模块将本地时钟下的64位宽的并行数据编码成64位宽的高速串行数据，并传输至第一MPO光模块；
3)第一MPO光模块将64位宽的高速串行数据转换成光信号，并通过MPO光纤互联传输装置传输至光转Camera Link装置；
4)光转Camera Link装置的第二MPO光模块将接收到的光信号转换成64位宽的高速串行数据，并传输至第二FPGA芯片；
5)第二FPGA芯片的Aurora 66B64B数据解码模块将64位宽的高速串行数据解码成64位宽的并行数据；图像流解码模块对64位宽的并行数据进行图像解码，得到64位宽的图像数据；图像输入缓存FIFO对64位宽的图像数据进行跨时钟域处理后，得到本地时钟下的64位宽的图像数据；64bit转80bit数据转换模块将本地时钟下的64位宽的图像数据还原为80位宽的图像数据；扩展型Camera Link数据编码模块将80位宽的图像数据编码成扩展型Camera Link相机图像数据，并通过扩展型Camera Link输出接口输出。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明提供的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统可实现扩展型Camera Link相机图像数据转光的实时传输，通过FPGA芯片进行编码和解码，可支持最高像素时钟为100Mhz。
2、本发明通过80bit转64bit数据转换模块和64bit转80bit数据转换模块，提高传输系统时钟频率和光纤通信带宽，实现80bit的数据流传输。
3、该系统抗振动性能较强，MPO光模块的电接口采用焊接式LCC封装，模块内部充有N2，可适应于各种恶劣环境。
附图说明
图1是本发明扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统的原理结构示意图；
图2是本发明中Camera Link转光装置的原理结构示意图；
图3是本发明中光转Camera Link装置的原理结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统作进一步详细说明。
本实施例提供的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统如图1所示，包括依次连接的Camera Link转光装置、MPO光纤互联传输装置、光转Camera Link装置。CameraLink转光装置用于接收扩展型Camera Link相机图像数据，并转换成光信号，再通过MPO光纤互联传输装置传输至光转Camera Link装置，最后通过光转Camera Link装置将光信号还原至扩展型Camera Link相机图像数据。
如图2所示，Camera Link转光装置包括依次连接的扩展型Camera Link输入接口、第一FPGA芯片、第一MPO光模块。其中，第一FPGA芯片的型号为X7K325TF676，具体包括扩展型Camera Link数据解析模块、80bit转64bit数据转换模块、图像流编码模块、图像输出缓存FIFO、Aurora 66B64B数据编码模块以及第一时钟管理模块。第一MPO光模块与第一FPGA芯片的电接口采用焊接式LCC封装，第一MPO光模块密封封装，其内部充有N2，以提高抗振动性能。
扩展型Camera Link输入接口用于接收扩展型Camera Link相机图像数据，扩展型Camera Link相机图像数据的格式为12对LVDS数据通道和3对像素时钟通道；扩展型CameraLink数据解析模块用于将扩展型Camera Link相机图像数据解析为80位宽的图像数据；80bit转64bit数据转换模块用于将80位宽的图像数据转换成64位宽的图像数据；图像流编码模块用于将64位宽的图像数据编码成64位宽的并行数据；图像输出缓存FIFO用于对64位宽的并行数据进行跨时钟域处理，得到本地时钟下的64位宽的并行数据；Aurora 66B64B数据编码模块用于将本地时钟下的64位宽的并行数据编码成64位宽的高速串行数据；第一MPO光模块用于将64位宽的高速串行数据转换成光信号并输出；第一时钟管理模块用于为扩展型Camera Link数据解析模块、80bit转64bit数据转换模块、图像流编码模块、图像输出缓存FIFO、Aurora 66B64B数据编码模块和第一MPO光模块提供本地时钟信号。
80bit转64bit数据转换模块的工作原理为：扩展型Camera Link相机图像数据经数据解析后，得到80bit的图像数据，根据Camera Link信号中的帧、行有效信号，将每5个时钟的数据进行合并，得到320bit宽的数据后就写入双口RAM，缓存一行图像后根据行有效信号按照64bit宽读出。双口RAM写入数据宽度为320bit，读出数据宽度为64bit。
MPO光纤互联传输装置用于将Camera Link转光装置输出的光信号传输至光转Camera Link装置，具体包括至少两根MPO光纤和至少一个用于连接两根MPO光纤的MPO光纤连接器，光信号通过依次连接的光纤实现远距离传输。
如图3所示，光转Camera Link装置包括依次连接的第二MPO光模块、第二FPGA芯片、扩展型Camera Link输出接口。其中，第二FPGA芯片的型号为X7K325TF676，具体包括Aurora 66B64B数据解码模块、图像流解码模块、图像输入缓存FIFO、64bit转80bit数据转换模块、扩展型Camera Link数据编码模块以及第二时钟管理模块。第二MPO光模块与第二FPGA芯片的电接口采用焊接式LCC封装，第二MPO光模块密封封装，其内部充有N2，以提高抗振动性能。
第二MPO光模块用于将光信号转换成64位宽的高速串行数据；Aurora66B64B数据解码模块用于将64位宽的高速串行数据解码成64位宽的并行数据；图像流解码模块用于对64位宽的并行数据进行图像解码，得到64位宽的图像数据；图像输入缓存FIFO用于对64位宽的图像数据进行跨时钟域处理，得到本地时钟下的64位宽的图像数据；64bit转80bit数据转换模块用于将本地时钟下的64位宽的图像数据还原为80位宽的图像数据；扩展型Camera Link数据编码模块用于将80位宽的图像数据编码成扩展型Camera Link相机图像数据；扩展型Camera Link输出接口用于将扩展型Camera Link相机图像数据输出；第二时钟管理模块用于为Aurora 66B64B数据解码模块、图像流解码模块、图像输入缓存FIFO、64bit转80bit数据转换模块、扩展型Camera Link数据编码模块和第二MPO光模块提供本地时钟信号。
采用上述系统进行扩展型Camera Link相机转光纤实时传输的方法，具体包括以下步骤：
1)Camera Link转光装置的扩展型Camera Link输入接口接收扩展型Camera Link相机图像数据，并传输至第一FPGA芯片；
2)第一FPGA芯片的扩展型Camera Link数据解析模块将扩展型Camera Link相机图像数据解析为80位宽的图像数据；由于Aurora 66B64B数据编码模块仅支持64位宽的数据通道，需通过80bit转64bit数据转换模块将80位宽的图像数据转换成64位宽的图像数据；将64位宽的图像数据进行数据缓存，并通过图像流编码模块将64位宽的图像数据编码成64位宽的并行数据；再通过图像输出缓存FIFO对64位宽的并行数据进行跨时钟域处理，将数据同步到本地时钟，得到本地时钟下的64位宽的并行数据；再通过Aurora66B64B数据编码模块对本地时钟下的64位宽的并行数据进行编码，得到1路64位宽的10G高速串行数据，并传输至第一MPO光模块；
3)第一MPO光模块将64位宽的10G高速串行数据转换成光信号，并通过MPO光纤互联传输装置传输至光转Camera Link装置；
4)光转Camera Link装置的第二MPO光模块将接收到的光信号转换成1路64位宽的高速串行数据，并传输至第二FPGA芯片；
5)第二FPGA芯片的Aurora 66B64B数据解码模块将64位宽的高速串行数据解码成64位宽的并行数据；再通过图像流解码模块根据图像关键字对64位宽的并行数据进行图像解码，得到64位宽的图像数据；再通过图像输入缓存FIFO对64位宽的图像数据进行跨时钟域处理，将数据同步到本地时钟，得到本地时钟下的64位宽的图像数据；再通过64bit转80bit数据转换模块将本地时钟下的64位宽的图像数据还原为80位宽的图像数据；再通过扩展型Camera Link数据编码模块将80位宽的图像数据编码成扩展型Camera Link相机图像数据，并通过扩展型Camera Link输出接口输出。

Claims (7)

1.一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特征在于：
包括依次连接的Camera Link转光装置、MPO光纤互联传输装置、光转Camera Link装置；
所述Camera Link转光装置包括依次连接的扩展型Camera Link输入接口、第一FPGA芯片、第一MPO光模块；所述第一FPGA芯片包括扩展型Camera Link数据解析模块、80bit转64bit数据转换模块、图像流编码模块、图像输出缓存FIFO、Aurora 66B64B数据编码模块以及第一时钟管理模块；
所述扩展型Camera Link输入接口用于接收扩展型Camera Link相机图像数据；所述扩展型Camera Link数据解析模块用于将扩展型Camera Link相机图像数据解析为80位宽的图像数据；所述80bit转64bit数据转换模块用于将80位宽的图像数据转换成64位宽的图像数据；所述图像流编码模块用于将64位宽的图像数据编码成64位宽的并行数据；所述图像输出缓存FIFO用于对64位宽的并行数据进行跨时钟域处理，得到本地时钟下的64位宽的并行数据；所述Aurora 66B64B数据编码模块用于将本地时钟下的64位宽的并行数据编码成64位宽的高速串行数据；所述第一时钟管理模块用于提供本地时钟信号；所述第一MPO光模块用于将64位宽的高速串行数据转换成光信号并输出；
所述MPO光纤互联传输装置用于将Camera Link转光装置输出的光信号传输至光转Camera Link装置；
所述光转Camera Link装置包括依次连接的第二MPO光模块、第二FPGA芯片、扩展型Camera Link输出接口；所述第二FPGA芯片包括Aurora66B64B数据解码模块、图像流解码模块、图像输入缓存FIFO、64bit转80bit数据转换模块、扩展型Camera Link数据编码模块以及第二时钟管理模块；
所述第二MPO光模块用于将光信号转换成64位宽的高速串行数据；所述Aurora 66B64B数据解码模块用于将64位宽的高速串行数据解码成64位宽的并行数据；所述图像流解码模块用于对64位宽的并行数据进行图像解码，得到64位宽的图像数据；所述图像输入缓存FIFO用于对64位宽的图像数据进行跨时钟域处理，得到本地时钟下的64位宽的图像数据；所述64bit转80bit数据转换模块用于将本地时钟下的64位宽的图像数据还原为80位宽的图像数据；所述扩展型Camera Link数据编码模块用于将80位宽的图像数据编码成扩展型Camera Link相机图像数据；所述第二时钟管理模块用于提供本地时钟信号；所述扩展型Camera Link输出接口用于将扩展型Camera Link相机图像数据输出。
2.根据权利要求1所述的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特征在于：
所述扩展型Camera Link相机图像数据的格式为12对LVDS数据通道和3对像素时钟通道。
3.根据权利要求1或2所述的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特征在于：
所述第一MPO光模块与第一FPGA芯片的电接口以及第二MPO光模块与第二FPGA芯片的电接口均采用焊接式LCC封装。
4.根据权利要求3所述的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特征在于：
所述第一MPO光模块和第二MPO光模块均采用密封封装，其内部充有N2。
5.根据权利要求4所述的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特征在于：
所述MPO光纤互联传输装置包括至少两根MPO光纤和至少一个用于连接两根MPO光纤的MPO光纤连接器。
6.根据权利要求5所述的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特征在于：
所述第一FPGA芯片和第二FPGA芯片的型号为X7K325TF676。
7.一种扩展型Camera Link相机转光纤实时传输方法，采用权利要求1至6任一所述的扩展型Camera Link相机转光纤实时传输系统，其特征在于，包括以下步骤：
1)Camera Link转光装置的扩展型Camera Link输入接口接收扩展型Camera Link相机图像数据，并传输至第一FPGA芯片；
2)第一FPGA芯片的扩展型Camera Link数据解析模块将扩展型Camera Link相机图像数据解析为80位宽的图像数据；80bit转64bit数据转换模块将80位宽的图像数据转换成64位宽的图像数据；图像流编码模块将64位宽的图像数据编码成64位宽的并行数据；图像输出缓存FIFO对64位宽的并行数据进行跨时钟域处理后，得到本地时钟下的64位宽的并行数据；Aurora 66B64B数据编码模块将本地时钟下的64位宽的并行数据编码成64位宽的高速串行数据，并传输至第一MPO光模块；
3)第一MPO光模块将64位宽的高速串行数据转换成光信号，并通过MPO光纤互联传输装置传输至光转Camera Link装置；
4)光转Camera Link装置的第二MPO光模块将接收到的光信号转换成64位宽的高速串行数据，并传输至第二FPGA芯片；
5)第二FPGA芯片的Aurora 66B64B数据解码模块将64位宽的高速串行数据解码成64位宽的并行数据；图像流解码模块对64位宽的并行数据进行图像解码，得到64位宽的图像数据；图像输入缓存FIFO对64位宽的图像数据进行跨时钟域处理后，得到本地时钟下的64位宽的图像数据；64bit转80bit数据转换模块将本地时钟下的64位宽的图像数据还原为80位宽的图像数据；扩展型Camera Link数据编码模块将80位宽的图像数据编码成扩展型Camera Link相机图像数据，并通过扩展型Camera Link输出接口输出。
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