CN113660414B - 一种图像采集卡、摄像头接口及图像采集系统 - Google Patents

一种图像采集卡、摄像头接口及图像采集系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种图像采集卡、摄像头接口及图像采集系统，所述图像采集卡包括多个摄像头接口、与所述多个摄像头接口相连接的控制模块、与所述控制模块相连接的通信接口，所述摄像头接口用于接入摄像头，所述控制模块用于驱动摄像头进行图像采集以及对采集后的图像进行处理，所述通信接口用于输出处理后的图像，所述摄像头接口包括高速接口单元、高速开关单元、高速比较单元和电平转换单元。本发明的图像采集卡可可以兼容和接入多种摄像头。

Description

一种图像采集卡、摄像头接口及图像采集系统
技术领域
本发明涉及摄像头图像采集领域，尤其涉及一种图像采集卡、摄像头接口及图像采集系统。
背景技术
MIPI，即移动产业处理器接口的简称，解决了移动设备的重复使用和兼容性的接口问题，其组织为MIPI联盟，提出了D-PHY协议，是二进制二线差分协议，其中每lane数据传输速率最大为2.5Gb/s，数据带宽可达10Gbps；和C-PHY协议，是五进制三线差分协议，其中每组数据传输速率最大为5.7Gb/s，带宽可达17.1Gbps。
随着人工智能、计算机视觉、机器视觉、3D成像感知等技术的高速发展，人们对于图像方面越来越重视，像素从几像像素到几千万像素，从2D成像到3D成像，从简单的拍照到各种视频应用，这无疑地提升了摄像头的应用。同时双摄像头，三摄像头，甚至更多摄像头的应用也越来越广。这些都使得对摄像头的要求也在不断提升，如数据量不断的增大、画质要求不断的增强、各种优化处理不断的增多，在进行摄像头的各种研发活动和生产活动中，需要通过采集图像数据来评价摄像头的好坏，传统的D-PHY协议已经无法胜任了。
目前市场上一般提供的图像采集装置的数据处理能力为10Gbps，最大的也仅为20Gbps，很难满足更大的数据处理。受到数据处理能力的限制，最多能同时处理6个摄像头数据传输，以及考虑在MIPI D-phy摄像头或/与MIPI C-phy摄像头的情况存在，于是提供4个MIPI D-PHY接口和2个MIPI C-PHY接口的图像采集卡，这极大缓解C-PHY和D-PHY的生产需要。但是目前的MIPI-DPHY和MIPI-CPHY两个端口相对是固定的，无法同时兼容两种类似的摄像头的连接，最多只能同时连接4个MIPI-DPHY摄像头，或者最多只能同时连接2个MIPI-CPHY摄像头，所以在实际生产中灵活性不足，在生产线上作业人员需要具备更多的技能方可区分它们，这样也给产线带来了一些困扰。进一步地，当摄像头生产数量增大之后，需要增加更多的图像采集装置，从而增加更多的成本和管理困扰。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种可以兼容多种摄像头的一种图像采集卡、摄像头接口及图像采集系统。
本发明实施例中，提出了一种图像采集卡，其包括多个摄像头接口、与所述多个摄像头接口相连接的控制模块、与所述控制模块相连接的通信接口，所述摄像头接口用于接入摄像头，所述控制模块用于驱动摄像头进行图像采集以及对采集后的图像进行处理，所述通信接口用于输出处理后的图像，所述摄像头接口包括高速接口单元、高速开关单元、高速比较单元和电平转换单元，
所述高速接口单元，用于接入MIPI C-PHY摄像头和/或MIPI D-PHY摄像头；
所述高速开关单元，与所述高速接口单元相连接，其包括MIPI-CPHY通道和MIPI-DPHY通道，用于根据接入的摄像头类型将接入的摄像头信号输入至相应的数据通道；
所述高速比较单元，与MIPI C-PHY通道进行连接，用于将MIPI C-PHY信号的数据转化为LVDS信号并输出；
所述电平转换电路，与MIPI-DPHY通道进行连接，用于将MIPI D-PHY信号的数据转换为LVDS信号并输出。
本发明实施例中，所述高速开关单元还包括OS信号通道，用于传输摄像头的OS(Open/Short，开/短路)信号。
本发明实施例中，所述的图像采集卡还包括分别与所述OS信号通道和所述控制模块相连接的开短路检测模块，所述开短路检测模块用于根据摄像头的OS信号对摄像头内部线路的导通与断开进行检测。
本发明实施例中，所述的图像采集卡还包括电源管理模块，用于为所述图像采集卡提供电源。
本发明实施例中，所述控制模块包括可编辑逻辑单元、闪存单元和内存单元，
所述可编程逻辑单元，用于加载预先设置的配置文件，驱动摄像头拍摄图像数据并进行图像处理；
所述闪存单元，用于保存所述可编程逻辑单元的配置文件；
所述内存单元，用于存取所述可编程逻辑单元运算过程中的动态随机数据。
本发明实施例中，所述高速接口单元采用BTB连接器、ZIF连接器、排针排母、探针座中的一种。
本发明实施例中，还提供了一种摄像头接口，其包括高速接口单元、高速开关单元、高速比较单元、电平转换单元，
所述高速接口单元，用于接入MIPI C-PHY摄像头和/或MIPI D-PHY摄像头；
所述高速开关单元，包括MIPI-CPHY通道和MIPI-DPHY通道，用于根据接入的摄像头类型将接入的摄像头信号输入至相应的数据通道；
所述高速比较单元，与MIPI C-PHY通道进行连接，用于将MIPI C-PHY信号的数据转化为LVDS信号的数据来传输；
所述电平转换电路，与MIPI-DPHY通道进行连接，用于将MIPI D-PHY信号的数据转换为LVDS信号的数据来传输。
本发明实施例中，所述高速开关单元还包括OS信号通道，用于传输摄像头的OS信号。
本发明实施例中，所述高速接口单元采用BTB连接器、ZIF连接器、排针排母、探针座中的一种。
本发明实施例中，还提供了一种图像采集系统，其特征在于，包括依次连接的摄像头、图像采集卡及电脑，所述图像采集卡采用上述的图像采集卡。
与现有技术相比，在本发明的摄像头接口单元中，所述高速开关单元包括MIPI-CPHY通道和MIPI-DPHY通道，用于根据接入的摄像头类型将接入的摄像头信号输入至相应的数据通道，所述高速比较单元与MIPI C-PHY通道进行连接，将MIPI C-PHY信号的数据转化为LVDS信号的数据来传输，所述电平转换电路与MIPI-DPHY通道进行连接，将MIPI D-PHY信号的数据转换为LVDS信号的数据来传输，从而可以兼容两种不同类型的摄像头，在图像采集卡上，可以设置多个摄像头接口单元，从而实现多个摄像头信号的采集，在接入摄像头时，无需区分，直接接入即可，提高了操作工人的工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的图像采集卡的结构示意图。
图2是本发明实施例的摄像头接口的结构示意图。
图3是本发明实施例的高速接口单元的电路图。
图4是本发明实施例的高速开关单元的电路图。
图5是本发明实施例的高速比较单元的电路图。
图6是本发明实施例的电平转换单元的电路图。
图7是本发明实施例的图像采集系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例中，提出了一种图像采集卡10，其包括多个摄像头接口100、与所述多个摄像头接口100相连接的控制模块200、与所述控制模块2通信接口300和开短路检测模块400。所述摄像头接口100用于接入摄像头。所述控制模块200用于驱动摄像头进行图像采集以及对采集后的图像进行处理。所述通信接口300用于输出处理后的图像。所述开短路检测模块400用于对对摄像头内部线路的导通与断开进行检测。
所述控制模块200包括可编辑逻辑单元210、闪存单元220和内存单元230。所述可编程逻辑单元210，用于加载预先设置的配置文件，驱动摄像头拍摄图像数据并进行图像处理。所述可编程逻辑模块210，可以FPGA芯片来实现，FPGA芯片为XILINX的Kintex-7系列中的任意型号均可。优选地，FPGA芯片可采用XC7K325T-2FFG900C，其支持4片256MB或512MB的DDR3内存颗粒，支持256MB的NOR Flash，支持多个不同的GPIO。
所述闪存单元220，用于保存所述可编程逻辑单元210的配置文件。所述闪存单元220可以使用一个存储容量为256Mb的NOR FLASH，可以快速启动所述可编程逻辑单元210进入工作状态。
所述内存单元230，用于存取所述可编程逻辑单元210运算过程中的动态随机数据。所述内存单元230，可以使用4个16bit DDR3颗粒组成64bit DDR3，总存储容量可达1GByte，可工作时钟频率在800MHz。
优选地，所述通信接口300可以为SP+接口，用于与SFP+光纤进行物理连接并通过UDP协议接收与发送经过高速缓存的数据。SFP+接口，可以采用万兆以太网的小型插拔件，可以是单口或多口的，至少预留三个SFP+端口，通过SFP+光纤连接进行外部的通讯，通过UDP协议在master模式下就可以实现数据传输；另一端按照万兆网链路设计进行布线，并分别接入所述可编程逻辑单元210的三个GTX高速收发器端口，数据传输速率可达12.5Gbps。
如图2所示，所述摄像头接口100包括高速接口单元110、高速开关单元120、高速比较单元130和电平转换单元140。
所述高速接口单元110，用于接入MIPI C-PHY摄像头和/或MIPI D-PHY摄像头。
需要说明的是，为了便于与摄像头进行连接，所述高速接口单元110采用连接器来实现，可以是BTB连接器、ZIF连接器、排针排母、探针座等中的一种。
如图3所示，考虑到在实际使用中的通用性，本发明实施例中，所述高速接口单元110选用高速排针排母连接器。为了一次性同时连接6个摄像头，每个摄像头的引脚一般不超过40个，因此采用3个0.8mm间距的80pin的排针排母A、B、C即可。这3个排针排母上的相同引脚对应的MIPI输入输出信号是相同的，每个排针排母分别有两组MIPI接口，使得每个摄像头均可以任意接入其中的一组MIPI接口保持正常工作，最多可以同时接入6个摄像头。
所述高速开关单元120，与所述高速接口单元相连接，其包括MIPI-CPHY通道、MIPI-DPHY通道和OS信号通道，用于根据接入的摄像头类型将接入的摄像头信号输入至相应的数据通道，并将摄像头输出的OS(Open/Short，开/短路)信号输入至所述OS信号通道。
具体地，如图4所示，本发明实施例中，所述高速开关单元120由三个工作电压为3V的多路复用开关芯片U1和100nF的电容组成的一对三开关通道，第一个开关通道为1个TRIO线，并连接到所示高速比较单元13；第二个开关通道为10根差分线，并连接到所示电平转换单元14；第三个开关通道为10根线，连接到所述开短路检测模块400。
所述高速比较单元130，与MIPI C-PHY通道进行连接，用于将MIPI C-PHY信号的数据转化为LVDS信号并输出。
具体地，如图5所示，本发明实施例中，所述高速比较单元130由三个单通道3.125Gbps的比较器芯片U2、三个49.9欧姆的电阻、三个100nF的电容和一个22pF的电容构成。MIPI C-PHY物理链路（A/B/C线）上传输不同的电平，通过A-B，B-C，C-A的电平运算，可以恢复出AP, AN, BP, BN, CP, CN等六种不同的线态，通过前后线态的旋转方向，相位和极性恢复出编码数据。因此MIPI C-PHY信号需做减法运算，通过比较器后以LVDS电平输出。
所述电平转换电路140，与MIPI-DPHY通道进行连接，用于将MIPI D-PHY信号的数据转换为LVDS信号并输出。
具体地，如图6所示，本发明实施例中，所述电平转换单元140由一个五通道2.5Gbps的专用标准产品芯片U3、六个10k的电阻、三个100nF的电容和一个10nF的电容构成。MIPI D-PHY物理链路（一对时间和四对数据）是源同步系统，在接收端根据时钟边沿采样数据，找到同步头进行传输数据。由于MIPI接口的电平比较特殊，在LP模式下为1.2V的LVCMOS电平，在HS模式下为SLVS电平（如200mV或400mV），因此，所述电平转换电路140对MIPI D-PHY数据做水平转换， 将MIPI D-PHY数据转换为LVDS信号并输出。
所述开短路检测模块400，分别与所述OS信号通道和所述控制模块200相连接，用于根据摄像头的OS信号对摄像头内部线路的导通与断开进行检测。所述开短路检测模块400，通过检测检测摄像头的每个引脚的对地阻抗，或/与检测摄像头的两个引脚之间阻抗，从而检测摄像头中各引脚线路是否存在开路或短路情况。
进一步的，本发明实施例中，所述图像采集卡还包括电源管理模块（图未示），用于为所述图像采集卡10提供电源。
如图7所示，本发明实施例中，还提供了一种图像采集系统，其包括依次连接的摄像头15、图像采集卡10及电脑14。
所述摄像头15，可以是D-PHY摄像头和C-PHY摄像头等中的一种或组合，包括但不限于2D摄像头、3D摄像头、具有图像传感器芯片的电子装置、未被完全装配好的图像传感器芯片。所述摄像头15通过排线11与所述图像采集卡10相连接。
所述图像采集卡10，通过SFP+光纤12进行连接到电脑上。所述SFP+光纤12，可以是以太网光纤，一根SFP+光纤线可以满足两个摄像头的数据传输，最多只需要三根SFP+光纤进行连接。
所述电脑14，可以包括但限于个人电脑、工控机、平板电脑、服务器等可以查看与操作图像的电子装置。所述电脑14，可以自带SFP+插口，还可以包括一个PCIE转接卡13，用于高速串行点对点双通道高带宽传输。所述PCIE转接卡的另一端是SFP+插口，用于通过SFP+光纤与所述图像采集卡进行连接。
综上所述，在本发明的摄像头接口单元中，所述高速开关单元包括MIPI-CPHY通道和MIPI-DPHY通道，用于根据接入的摄像头类型将接入的摄像头信号输入至相应的数据通道，所述高速比较单元与MIPI C-PHY通道进行连接，将MIPI C-PHY信号的数据转化为LVDS信号的数据来传输，所述电平转换电路与MIPI-DPHY通道进行连接，将MIPI D-PHY信号的数据转换为LVDS信号的数据来传输，从而可以兼容两种不同类型的摄像头，在图像采集卡上，可以设置多个摄像头接口单元，从而实现多个摄像头信号的采集，在接入摄像头时，无需区分，直接接入即可，提高了操作工人的工作效率。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像采集卡，其特征在于，包括多个摄像头接口、与所述多个摄像头接口相连接的控制模块和开短路检测模块、与所述控制模块相连接的通信接口，所述摄像头接口用于接入摄像头，所述控制模块用于驱动摄像头进行图像采集以及对采集后的图像进行处理，所述通信接口用于输出处理后的图像，所述摄像头接口包括高速接口单元、高速开关单元、高速比较单元和电平转换单元，
所述高速接口单元，用于接入MIPI C-PHY摄像头和/或MIPI D-PHY摄像头, 其由多个连接器组成，每个连接器分别有两组MIPI接口，使得每个摄像头均可以任意接入其中的一组MIPI接口保持正常工作，从而在接入摄像头时，无需区分，直接接入即可；
所述高速开关单元，与所述高速接口单元相连接，其包括MIPI-CPHY通道和MIPI-DPHY通道，用于根据接入的摄像头类型将接入的摄像头信号输入至相应的数据通道，所述高速开关单元具有三个开关通道，第一个开关通道为1个TRIO线，连接到所述高速比较单元，第二个开关通道为10根差分线，连接到所述电平转换单元，第三个开关通道为10根线，连接到所述开短路检测模块；
所述高速比较单元，与MIPI C-PHY通道进行连接，用于将MIPI C-PHY信号的数据转化为LVDS信号并输出；
所述电平转换单元，与MIPI-DPHY通道进行连接，用于将MIPI D-PHY信号的数据转换为LVDS信号并输出。
2.如权利要求1所述的图像采集卡，其特征在于，所述高速开关单元还包括OS信号通道，用于传输摄像头的OS信号。
3.如权利要求2所述的图像采集卡，其特征在于，所述开短路检测模块分别与所述OS信号通道和所述控制模块相连接，所述开短路检测模块用于根据摄像头的OS信号对摄像头内部线路的导通与断开进行检测。
4.如权利要求2所述的图像采集卡，其特征在于，还包括电源管理模块，用于为所述图像采集卡提供电源。
5.如权利要求1所述的图像采集卡，其特征在于，所述控制模块包括可编辑逻辑单元、闪存单元和内存单元，
所述可编程逻辑单元，用于加载预先设置的配置文件，驱动摄像头拍摄图像数据并进行图像处理；
所述闪存单元，用于保存所述可编程逻辑单元的配置文件；
所述内存单元，用于存取所述可编程逻辑单元运算过程中的动态随机数据。
6.如权利要求1所述的图像采集卡，其特征在于，所述高速接口单元采用BTB连接器、ZIF连接器、排针排母、探针座中的一种。
7.一种摄像头接口，其特征在于，包括高速接口单元、高速开关单元、高速比较单元、电平转换单元，
所述高速接口单元，用于接入MIPI C-PHY摄像头和/或MIPI D-PHY摄像头，其由多个连接器组成，每个连接器分别有两组MIPI接口，使得每个摄像头均可以任意接入其中的一组MIPI接口保持正常工作，从而在接入摄像头时，无需区分，直接接入即可；
所述高速开关单元，包括MIPI-CPHY通道和MIPI-DPHY通道，用于根据接入的摄像头类型将接入的摄像头信号输入至相应的数据通道，所述高速开关单元具有三个开关通道，第一个开关通道为1个TRIO线，连接到所述高速比较单元，第二个开关通道为10根差分线，连接到所述电平转换单元，第三个开关通道为10根线，连接到用于对摄像头内部线路的导通与断开进行检测的开短路检测模块；
所述高速比较单元，与MIPI C-PHY通道进行连接，用于将MIPI C-PHY信号的数据转化为LVDS信号的数据来传输；
所述电平转换单元，与MIPI-DPHY通道进行连接，用于将MIPI D-PHY信号的数据转换为LVDS信号的数据来传输。
8.如权利要求7所述的摄像头接口，其特征在于，所述高速开关单元还包括OS信号通道，用于传输摄像头的OS信号。
9.如权利要求7所述的摄像头接口，其特征在于，所述高速接口单元采用BTB连接器、ZIF连接器、排针排母、探针座中的一种。
10.一种图像采集系统，其特征在于，包括依次连接的摄像头、图像采集卡及电脑，所述图像采集卡采用如权利要求1-6任一项所述的图像采集卡。
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