CN114143458A - 基于机器视觉的图像采集控制方法及装置 - Google Patents

基于机器视觉的图像采集控制方法及装置 Download PDF

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    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/66—Remote control of cameras or camera parts, e.g. by remote control devices

Abstract

本申请提供一种基于机器视觉的图像采集控制方法及装置，包括Camera Link图像采集单元，数字量输入采集单元，数字量输出控制单元、FPGA处理器单元、DDR3闪存单元，FLASH存储单元和PCI‑E通信单元；FPGA处理器单元被配备为通过Camera Link图像采集单元获取图像数据，将图像数据转化为待处理数据，其中，图像数据为串行数据，待处理数据为并行数据；当根据待处理数据识别出产品存在质量问题时，由数字量输出控制单元向外部设备发出警示信息；当根据待处理数据识别出产品为不良品时，由数字量输出控制单元对该不良品进行标记。本申请在FPGA处理器单元内部实现Camera Link数据的转换，并将图像采集与硬件控制结合，提高图像采集控制装置的集成度。

Description

基于机器视觉的图像采集控制方法及装置
技术领域
本申请涉及机器视觉领域，尤其涉及一种基于机器视觉的图像采集控制方法及装置。
背景技术
随着CCD/COMS传感技术、计算机技术、嵌入式技术、现场总线技术的发展，机器视觉已经发展成为工业自动化生产过程中不可或缺的组成部分；机器视觉中需要将图像采集处理和自动化控制相结合，才能体现机器视觉的价值。
目前传统的图像采集控制模块与工业相机通过Camera Link接口连接，在图像采集控制模块中通过串并转换芯片将串行数据转换为并行数据；然后采用FPGA的并行执行能力，以及处理器的指令集的实现对图像采集处理和自动化控制，例如，可以是FPGA+MCU，FPGA+ARM，FPGA+DSP等组合方式。
然而，传统的图像采集控制模块中图像采集处理和自动化控制是相互分离且各自独立的，二者的通信接口、协议和等存在差异，导致图像采集控制模块集成度低。
发明内容
本申请提供了一种基于机器视觉的图像采集控制方法及装置，以解决机器视觉中传统的图像采集控制模块中图像采集处理和自动化控制是相互分离且各自独立，导致图像采集控制模块集成度低的技术问题。
为了达到上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种基于机器视觉的图像采集控制装置，包括Camera Link图像采集单元，数字量输入采集单元，数字量输出控制单元和FPGA处理器单元；
所述FPGA处理器单元与所述Camera Link图像采集单元，所述数字量输入采集单元，所述数字量输出控制单元通信连接；
所述数字量输入采集单元，用于获取外部设备的数据或指令；
所述数字量输出控制单元，用于向外部设备发出指令；
所述FPGA处理器单元被配备为：
通过所述Camera Link图像采集单元获取图像数据，将所述图像数据转化为待处理数据，其中，所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据；
当根据所述待处理数据识别出产品存在质量问题时，由所述数字量输出控制单元向所述外部设备发出警示信息。
在一种可能的实现方式中，所述Camera Link图像采集单元包括Camera Link接口；
所述Camera Link图像采集单元通过所述Camera Link接口获取所述图像数据，以及向相机输出相机参数。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括DDR3闪存单元，FLASH存储单元；所述FPGA处理器单元与所述DDR3闪存单元，所述FLASH存储单元通信连接；
所述DDR3闪存单元用于暂存临时数据；所述FLASH存储单元用于存储所述图像采集控制装置的程序和信息。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括PCI-E通信单元；所述FPGA处理器单元与所述PCI-E通信单元通信连接；
所述PCI-E通信单元用于向上位机传输传输所述待处理数据，以及接收所述上位机发出的数据或指令。
在一种可能的实现方式中，所述数字量输入采集单元包括光耦输入子单元和串行数据输入子单元；
所述光耦输入子单元用于获取外部设备的数据或指令；串行数据输入子单元用于获取外部设备的数据。
在一种可能的实现方式中，所述FPGA处理器单元还被配备为根据所述数字量输入采集单元获取的数据控制相机。
在一种可能的实现方式中，所述FPGA处理器单元还被配备为：当根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，由所述数字量输出控制单元对所述不良品进行标记。
第二方面，本申请实施例提供一种基于机器视觉的图像采集控制方法，所述方法包括如下步骤：
通过Camera Link图像采集单元获取图像数据；
FPGA处理器单元将所述图像数据转化为待处理数据；
当根据所述待处理数据识别出产品存在连续的质量问题时，产生警示信息；
当根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，产生标记信息；
其中，所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据。
在一种可能的实现方式中，在获取图像数据之前，所述方法还包括：根据数字量输入采集单元获取的数据控制相机拍摄图像数据。
在一种可能的实现方式中，所述警示信息由数字量输出控制单元向外部设备发出。
本申请提供一种基于机器视觉的图像采集控制方法及装置，包括Camera Link图像采集单元，数字量输入采集单元，数字量输出控制单元、FPGA处理器单元、DDR3闪存单元，FLASH存储单元和PCI-E通信单元；所述FPGA处理器单元被配备为：通过所述Camera Link图像采集单元获取图像数据，将所述图像数据转化为待处理数据，其中，所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据；当根据所述待处理数据识别出产品存在质量问题时，由所述数字量输出控制单元向所述外部设备发出警示信息；当根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，由所述数字量输出控制单元对所述不良品进行标记。本申请在FPGA处理器单元内部实现Camera Link数据的转换，并将图像采集与硬件控制结合，提高图像采集控制装置的集成度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请现有图像采集控制装置的示意图；
图2为本申请实施例基于机器视觉的图像采集控制装置的示意图；
图3为本申请实施例FPGA处理器单元实现Camera Link数据串行转并行的示意图；
图4为本申请实施例光耦输入子单元的电路图；
图5为本申请实施例RS422输入子单元的电路图；
图6为本申请实施例TTL输出电路图；
图7为本申请实施例基于机器视觉的图像采集控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1示出传统基于机器视觉的图像采集控制模块，所述图像采集控制模块具有Camera Link接口，图像采集控制模块通过Camera Link接口接收相机的Camera Link信号，并向相机发送控制信号，通过Camera Link接口的串行数据先通过串并转换芯片转换为并行数据，图1所示，并行数据需要占用处理器较多的引脚资源，且图像采集控制模块和外部设备之间的通信连接需要通过PLC或者控制卡，导致图像采集控制模块集成度底，其中芯片资源的利用率低，且图像采集控制模块中各芯片间通信性能差。
为了解决上述问题，本申请实施例提供一种基于机器视觉的图像采集控制方法及装置，通过单个FPGA芯片为核心处理单元，并在FPGA内部通过逻辑设计实现了Camera Link数据的串行到并行的转换，并通过多通道的数字量输入输出控制单元，实现图像采集控制装置在机器视觉中多个生产线状态的应用。
如图2所示，本申请部分实施例提供一种基于机器视觉的图像采集控制装置，所述图像采集控制装置包括Camera Link图像采集单元，数字量输入采集单元，数字量输出控制单元，FPGA处理器单元，DDR3闪存单元，FLASH存储单元，PCI-E通信单元。
所述FPGA处理器单元与所述Camera Link图像采集单元，数字量输入采集单元，数字量输出控制单元，DDR3闪存单元，FLASH存储单元，PCI-E通信单元通信连接。
所述Camera Link图像采集单元用于采集相机的图像数据，并配置相机的参数。
在一种实施例中，所述图像采集单元具有Camera Link接口，通过所述CameraLink接口与相机通信。
所述FPGA处理器单元用于处理采集到的图像数据并向上位机传输处理后的数据和结果、获取外部设备的状态信息并做相应处理和向外部设备发送状态信息及控制指令。
通过PCI-E通信单元实现与上位机之间的数据传输和通信交互；PCI-E通信单元用于将FPGA处理器单元对图像数据做完格式处理后，通过PCI-E接口将图像数据传输到上位机进行图像分析，以及接收上位机配置图像采集控制装置或/和相机的参数；所述上位机可以对图像采集控制装置格式转换后的数据进行分析，可以是缺陷检测等。
在一些实施例中，上位机可以是工控机可以是控制设备等。通过FPGA处理器单元的XDMA实现了PCIE接口，无需外部桥接芯片，实现了与工控机主板的高速数据通信。
所述FPGA处理器单元通过所述Camera Link图像采集单元获取图像数据，将所述图像数据转化为待处理数据，其中，所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据。所述FPGA处理器单元根据所述待处理数据识别出产品存在连续的质量问题时，由所述数字量输出控制单元向所述外部设备发出警示信息。所述FPGA处理器单元根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，由所述数字量输出控制单元对所述不良品进行标记。
如图3所示，在FPGA处理器单元的内部，图3中LVDS_1_to_7_SDR_RX将LVDS串行差分数据转换为单端并行数据，即将图像数据转换为待处理数据，以便于做数据处理。节约外部转换芯片空间，同时减少FPGA处理器的引脚资源，提高了产品集成度。
数字量输入采集单元和数字量输出控制单元提供多通道数字量输入采集接口和数字量输出控制接口。所述数字量输入采集单元包含光耦输入子单元和串行数据输入子单元，光耦输入用于接收外部设备发来的状态信息或控制指令，串行数据输入子单元用于接受外部设备的数据；所述数字量输出控制单元用于向外部设备发出状态信息或控制指令。
在一些实施例中，所述串行数据输入子单元可以是RS422输入子单元，也可以是以其他串行接口的串行数据输入子单元。
在一些实施例中，所述数字量输出控制单元可以是TTL输出接口，也可以是根据需求的其他接口。
如图4至图6所示，以RS422输入、光耦输入和TTL输出为例，在印刷产品的生产线上，通过对印刷品的图像数据采集处理实现印刷表面的质量检测，通过RS422输入获取安装在流水线传送带上的编码器数据，根据编码器数据计算和定位当前采集的图像数据对应的具体的产品实物，同时触发相机进行拍照。当图像处理后识别到有不良品时，通过TTL输出信号控制剔除设备对不良品进行精准标记或剔除操作；当识别到连续出现较严重质量问题时将通过TTL输出信号控制发出声光告警，甚至输出信号触发生产线机台停机，避免造成大量不良品的浪费。光耦输入用于检测产线的原料更换信号、人工脚踏板信号和停机反馈信号等，使图像采集处理装置获取生产线的运行状态。
所述DDR3闪存单元用于暂存图像数据及其他系统临时数据；所述FLASH存储单元用于存储系统固件程序和自身设备信息。DDR3闪存单元为装置的运行提供高速缓存。
本申请提供一种基于机器视觉的图像采集控制装置，包括Camera Link图像采集单元，数字量输入采集单元，数字量输出控制单元、FPGA处理器单元、DDR3闪存单元，FLASH存储单元和PCI-E通信单元；所述FPGA处理器单元被配备为：通过所述Camera Link图像采集单元获取图像数据，将所述图像数据转化为待处理数据，其中，所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据；当根据所述待处理数据识别出产品存在质量问题时，由所述数字量输出控制单元向所述外部设备发出警示信息；当根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，由所述数字量输出控制单元对所述不良品进行标记。本申请在FPGA处理器单元内部实现Camera Link数据的转换，并将图像采集与硬件控制结合，提高图像采集控制装置的集成度。
本申请部分实施例还提供一种基于机器视觉的图像采集控制方法，应用于基于机器视觉的图像采集控制装置，所述方法包括如下步骤：
S101、根据数字量输入采集单元获取的数据控制相机拍摄图像数据。
根据数字量输入采集单元获取的产线上相关数据，通过计算和定位当前待拍摄产品，触发相机拍摄。
S102、通过Camera Link图像采集单元获取图像数据。
S103、将所述图像数据转化为待处理数据。
所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据；在FPGA处理器单元的内部LVDS_1_to_7_SDR_RX将LVDS串行差分数据转换为单端并行数据，即将图像数据转换为待处理数据，以便于做数据处理。
S104、通过PCI-E通信单元向上位机传输所述待处理数据，以及接收上位机发出的数据和/或指令，所述数据和指令是根据所述待处理数据获得的。
通过PCI-E通信单元实现与上位机之间的数据与指令的通信交互；PCI-E通信单元用于将FPGA处理器单元对图像数据做完格式处理后，通过PCI-E接口将图像数据传输到上位机进行图像分析，以及接收上位机配置图像采集控制装置或/和相机的参数；所述上位机可以对图像采集控制装置格式转换后的数据进行分析，可以是缺陷检测等。
S105、当根据所述待处理数据识别出产品存在连续的质量问题时，产生警示信息；
所述警示信息由数字量输出控制单元向外部设备发出。在待处理数据识别到连续出现较严重质量问题时，将通过数字量输出控制单元输出警示信息控制发出声光告警，甚至输出信号触发生产线机台停机，避免造成大量不良品的浪费。
S106、当根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，产生标记信息。
所述标记信息由数字量输出控制单元向外部设备发出。在待处理数据识别到有不良品时，通过数字量输出控制单元输出标记信息控制剔除设备对不良品进行精准标记或剔除操作。
本申请提供一种基于机器视觉的图像采集控制装置，所述方法包括通过CameraLink图像采集单元获取图像数据；将所述图像数据转化为待处理数据，其中，所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据；通过PCI-E通信单元向上位机传输所述待处理数据，以及接收上位机发出的数据和/或指令；当根据所述待处理数据识别出产品存在连续的质量问题时，产生警示信息；当根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，产生标记信息。本申请在FPGA处理器单元内部实现Camera Link数据的转换，并将图像采集与硬件控制结合，提高图像采集控制装置的集成度。
以上内容仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请权利要求书的保护范围之内。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的图像采集控制装置，其特征在于，包括Camera Link图像采集单元，数字量输入采集单元，数字量输出控制单元和FPGA处理器单元；
所述FPGA处理器单元与所述Camera Link图像采集单元，所述数字量输入采集单元，所述数字量输出控制单元通信连接；
所述数字量输入采集单元，用于获取外部设备的数据或指令；
所述数字量输出控制单元，用于向外部设备发出指令；
所述FPGA处理器单元被配备为：
通过所述Camera Link图像采集单元获取图像数据，将所述图像数据转化为待处理数据，其中，所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据；
当根据所述待处理数据识别出产品存在连续的质量问题时，由所述数字量输出控制单元向所述外部设备发出警示信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的图像采集控制装置，其特征在于，所述Camera Link图像采集单元包括Camera Link接口；
所述Camera Link图像采集单元通过所述Camera Link接口获取所述图像数据，以及向相机输出相机参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的图像采集控制装置，其特征在于，所述装置还包括DDR3闪存单元，FLASH存储单元；
所述FPGA处理器单元与所述DDR3闪存单元，所述FLASH存储单元通信连接；
所述DDR3闪存单元用于暂存临时数据；
所述FLASH存储单元用于存储所述图像采集控制装置的程序和信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的图像采集控制装置，其特征在于，所述装置还包括PCI-E通信单元；
所述FPGA处理器单元与所述PCI-E通信单元通信连接；
所述PCI-E通信单元用于向上位机传输所述待处理数据，以及接收所述上位机发出的数据和/或指令，数据和指令是根据所述待处理数据获得的。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的图像采集控制装置，其特征在于，所述数字量输入采集单元包括光耦输入子单元和串行数据输入子单元；
所述光耦输入子单元用于获取外部设备的数据或指令；
串行数据输入子单元用于获取外部设备的数据。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于机器视觉的图像采集控制装置，其特征在于，所述FPGA处理器单元还被配备为根据所述数字量输入采集单元获取的数据控制相机。
7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的图像采集控制装置，其特征在于，所述FPGA处理器单元还被配备为：
当根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，由所述数字量输出控制单元对所述不良品进行标记。
8.一种基于机器视觉的图像采集控制方法，应用于基于机器视觉的图像采集控制装置，其特征在于，所述方法包括：
通过Camera Link图像采集单元获取图像数据；
FPGA处理器单元将所述图像数据转化为待处理数据，其中，所述图像数据为串行数据，所述待处理数据为并行数据；
当根据所述待处理数据识别出产品存在连续的质量问题时，产生警示信息；
当根据所述待处理数据识别出产品为不良品时，产生标记信息。
9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的图像采集控制方法，其特征在于，在获取图像数据之前，所述方法还包括：
根据数字量输入采集单元获取的数据控制相机拍摄图像数据。
10.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的图像采集控制方法，其特征在于，所述警示信息和所述标记信息由数字量输出控制单元向外部设备发出。
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