CN204119353U - 多台ccd摄像机同步信号采集驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多台CCD摄像机同步信号采集驱动装置,驱动装置由AD采样模块、CPLD驱动硬件模块和GIGE传输模块构成,AD采样模块并联连接采集前端,AD采样模块通过GIGE传输模块连接PC上位机;AD采样模块和GIGE传输模块分别与CPLD驱动硬件模块信号连接,CPLD驱动硬件模块与采集前端信号连接。本实用新型使用一块驱动芯片,同时实现多个CCD传感器同步采集、AD采样及GIGE传输,可有效减少视频安防监控系统采集的硬件投入,并可以为全景拼接提供素材;可以减少图像采集的光路,从而减少产品体积和重量,减少产品的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及信息技术中的信号数据采集系统,特别涉及多台CCD(全称Charge Coupled Device,电荷耦合元件)摄像机同步信号采集驱动装置。
背景技术
在一些重要场所(例如银行库房、阳极泥车间、保密机构等处)对视频安防监控系统的要求非常严格,需要实现在重点区域360°无死角同步视频采集,所以需要在同一区域设置多台CCD摄像机。为实现多台CCD摄像机同步采集,目前常用的实现方法为,为每台摄像机均配置一套独立采集驱动系统,并将各摄像机采集获取的图像汇聚到视频光端机(摄像机为模拟前端)或交换机(摄像机为数字前端)统一上传至监控中心,系统需要实现同步采集,则需要给该区域配置视频同步盒一台,为各前端摄像机提供同步信号。该实现方法会造成硬件资源的浪费,硬件成本的投入较多。
目前医学领域CCD DR(全称Digital Radiography,数字化医用X射线摄影)探测器均采用医学专用的单个大分辨率CCD传感器实现图像采集。单个CCD DR探测器需选用超大广角镜头,采集光路较长,从而导致产品体积和重量偏大,不利于安装和运输等工程化操作,同时大分辨率CCD传感器和超大广角镜头价格较为昂贵。
实用新型内容
针对上述问题,本实用新型所要解决的技术问题是实现多个CCD传感器同步采集,实现同一区域多个CCD摄像机图像无死角同步采集,并可以为全景拼接提供素材;解决单个CCD DR探测器存在的超大广角镜头以及采集光路较长的问题,从而减轻产品体积和重量,降低成本。
本实用新型采用以下技术方案实现上述目的。多台CCD摄像机同步信号采集驱动装置,包括驱动装置,驱动装置由AD(全称Analog to Digital Converter,模数转换器)采样模块、CPLD驱动硬件模块和GIGE传输模块构成,AD采样模块并联连接采集前端,AD采样模块通过GIGE传输模块连接PC 上位机;AD采样模块和GIGE传输模块分别与CPLD驱动硬件模块信号连接,CPLD驱动硬件模块与采集前端信号连接;
所述PC上位机:作为视频管理工作站使用,用于显示和管理各CCD摄像机的视频图像;
所述AD采样模块:用于将采集到各CCD传感器的模拟信号转换为数字信号,含AD采样芯片、放大电路和电源供电模块;
所述CPLD驱动硬件模块:用于给采集前端、AD采样模块和GIGE(千兆网接口)传输模块提供工作必要时序驱动,含时钟输入、复位按钮输入、触发采集按钮输入、CPLD驱动芯片和电源供电等模块;
所述GIGE传输模块 :千兆网传输接口,用于将各CCD的视频数字信号图像传输至PC上位机。
进一步地,所述采集前端为CCD摄像机组成,用于采集前端视频模拟量图像数据。
进一步地,所述CCD摄像机为彩色智能球形摄像机、彩色枪式摄像机或彩色半球摄像机或至少两种摄像机的组合。
本实用新型使用一块驱动芯片,同时实现多个CCD传感器同步采集、AD采样及GIGE传输;运用于视频安防监控系统中,可有效减少视频安防监控系统采集的硬件投入,同时可实现同一区域、不同角度、无延时、多个CCD摄像机图像同步采集,并可以为全景拼接提供素材;运用于CCD DR探测器中,用多个小分辨率CCD 传感器和镜头替代单个大分辨率CCD传感器和超大广角镜头,可以减少图像采集的光路,从而减少产品体积和重量,同时可以减少产品的成本。
附图说明
图1是本实用新型摄像机同步信号采集驱动装置的硬件框图。
图2 是本实用新型中CPLD驱动程序组成框图。
图3 是本实用新型各模块间的执行流程图。
图4a~图4e是本实用新型的整体仿真效果图。
图中:1.PC上位机,2.驱动装置,21.AD采样模块, 22. CPLD驱动硬件模块 23.GIGE, 3.采集前端,221.转移模块,222.积分模块,223.控制模块,224.CCD驱动输出模块,225.AD配置模块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明,参见图1至图3,多台CCD摄像机同步信号采集驱动装置,包括驱动装置2,驱动装置2由AD(全称Analog to Digital Converter,模数转换器)采样模块 21、CPLD驱动硬件模块 22和GIGE(千兆网接口)传输模块 23构成,AD采样模块21并联连接采集前端3,AD采样模块 21通过GIGE传输模块23连接PC 上位机1;AD采样模块21和GIGE传输模块23分别与CPLD驱动硬件模块22信号连接,CPLD驱动硬件模块22与采集前端3信号连接;
所述PC上位机1:作为视频管理工作站使用,用于显示和管理各CCD摄像机的视频图像;
所述AD采样模块21:用于将采集到各CCD传感器的模拟信号转换为数字信号,含AD采样芯片、放大电路和电源供电模块;
所述CPLD驱动硬件模块22:用于给采集前端3、AD采样模块21和GIGE(千兆网接口)传输模块23提供工作必要时序驱动,含时钟输入、复位按钮输入、触发采集按钮输入、CPLD驱动芯片和电源供电等模块;
所述GIGE传输模块 23:千兆网传输接口,用于将各CCD的视频数字信号图像传输至PC上位机1。
所述采集前端3为CCD摄像机组成,用于采集前端视频模拟量图像数据。
所述CCD摄像机为彩色智能球形摄像机、彩色枪式摄像机或彩色半球摄像机或至少两种摄像机的组合。
CPLD驱动硬件模块22的驱动程序分别由转移模块221、积分模块222、控制模块223、CCD驱动输出模块224及AD配置模块225组成,其中转移模块221的system_clk信号由CPLD驱动硬件模块22的时钟输入产生、power_on_clear信号由CPLD驱动硬件模块22复位按钮输入产生、transfer_start和acquire_gate信号由积分模块222产生、同步信号连接至GIGE传输模块 23、AD驱动信号连接至AD采样模块21、R信号连接至采集前端3;积分模块222的image_acquire信号由采集装置的触发采集按钮输入提供、v_xfer_done和eighth_out两个信号由转移模块221产生;控制模块223的Integrate_start信号由积分模块222产生、CCD_gate信号连接至AD采样模块21;CCD驱动输出模块224的Vt和Ht信号由转移模块221产生、Vq和Hq信号由积分模块222产生、CCD_IO信号由控制模块223产生、V和H信号连接至采集前端3;AD配置模块225的power_on_clear信号由CPLD驱动硬件模块22复位按钮输入产生、eighth_out信号由转移模块221产生、sload、sclock和sdata三个信号连接至AD采样模块21。
转移模块221:产生CCD摄像机在buffer转移、V转移及H转移等阶段的VtHt波形;产生整个CCD摄像机采集阶段的R_clk信号;产生整个系统与GIGE(FIFO)同步信号;产生AD工作的驱动信号;为其他模块提供的八分频时钟信号。
积分模块222:控制产生每个CCD摄像机在积分和传输的时间顺序;产生各CCD摄像机在积分阶段的Vq、Hq波形;提供帧信号产生的门限;提供转移模块221的复位信号。
控制模块223:提供每个CCD摄像机输出使能信号;提供每个CCD摄像机在不同阶段的输出控制信号(即为GIGE的使能信号)。
CCD驱动输出模块224:根据控制模块223提供的控制信号,组合输出转移模块221和积分模块222的V、H波形。
AD配置模块225:给AD9814提供sload、sclock和sdata三组配置信号,使AD在相应的工作模式下工作。
本实用新型的具体步骤为:
1)系统开始上电,先使能AD配置模块225,通过模块产生的sload、sclock及sdata三个信号,对AD采样模块21内相应的寄存器进行配置操作;
2)各模块均开始工作,所有采集前端3的CCD摄像机进行FLUSH操作,通过控制模块223,将每个CCD摄像机的V、H均输出为转移模块221的Vt、Ht;
3)当有触发采集信号,通过控制模块223,停止所有CCD驱动输出模块224输出Vt、Ht波形,转而全部输出为积分模块222的Vq、Hq波形,程序中设定采集前端3的1#CCD摄像机积分时间为1S;
4)当采集前端3的1#CCD摄像机积分结束后,先利用transfer_start信号,将转移模块221复位,然后利用控制模块223控制CCD驱动输出模块224,将除采集前端3的1#CCD摄像机的V、H信号输出为转移模块221的Vt、Ht外,其余采集前端3的各CCD摄像机的输出均为Vq、Hq波形输出;
5)当转移模块221完一帧图像后,产生一个名为v_xfer_done的脉冲信号,表示采集前端3的1#CCD摄像机传输结束,此时积分模块222对v_xfer_done脉冲信号计数,判断计数的值是否为N,是则表示系统所有的N 个CCD图像采集完成,此时跳出图像采集阶段,重新进入FLUSH阶段,等待触发采集信号;否则表示系统采集工作还未结束,此时将除下一个需要采集 CCD的V、H信号输出为转移模块221的Vt、Ht外,其余CCD图像的输出均为积分模块222的Vq、Hq波形输出,重复该过程,直至v_xfer_done脉冲信号的计数值为N 时,采集才结束。
实施例:
1.驱动装置的硬件组成
图1所示为本实用新型驱动装置的硬件组成框图。原理为,CPLD(复杂可编程逻辑器件)装置按照相关的逻辑关系产生多个CCD传感器的相关驱动程序,同时控制AD将采集到每个CCD传感器的视频模拟量图像数据转换为数字图像数据。再利用CPLD控制GIGE将采集到每个CCD摄像机的视频数字图像数据上传至上位机上逐一显示。
2.CPLD驱动程序设计方法
本装置以12台CCD摄像机同步信号采集为例,详细说明CPLD驱动程序的设计方法(采集前端3增加或减少CCD摄像机,不影响CPLD驱动程序的整体架构,仅v_xfer_done脉冲信号计数值不同,详见图3执行流程图)。本装置选用了Altera公司生产的MAX3000系列中型号名为EPM3512AFC256_10的CPLD作为驱动芯片,分别给12个kodak 公司的KAI0340 CCD和1个AD公司的14位模数转换芯片为AD9814提供驱动时序。
12台CCD摄像机同步信号采集驱装置仅使用了一片AD9814芯片同时采样上述12个CCD的图像,每个CCD采集的过程基本上是相同的,只是在积分采集的时间点有所区别,因此驱动程序有大量的复用性。为实现12个CCD传感器驱动程序的复用,驱动程序将复用部分生成单独的模块,利用一些控制信号连接将其组合输出。
本实用新型将CCD传感器的垂直转移、水平转移阶段、AD采样部分和同步信号集成为转移模块221;将每个CCD的积分阶段集成为积分模块222;将CCD驱动整合输出提供控制信号的部分集成为控制模块223;将AD配置部分集成为AD配置模块224;将积分模块222和转移模块221整合驱动输出集成为CCD驱动输出模块225。通过实验证明,利用该方案设计的系统可以大幅度减少CPLD的宏资源和布线资源。
2.1 CPLD驱动组成框图及模块分类
图2所示为CPLD驱动程序组成框图,驱动程序分别由转移模块221、积分模块222、控制模块223、CCD驱动输出模块224及AD配置模块225等5个模块组成。通过模块间的产生连接信号,以实现整个系统驱动的输出。图中各输出信号的含义及作用如下:
(1)system_clk为激励输入信号,CPLD的主频输入时钟信号;
(2)power_on_clear为激励输入信号,系统上电复位信号,当遇到上升沿时触发,产生硬件全局复位,所有硬件设备停止工作,并回到采集的最初状态;
(3)eighth_out为system_clk输入时钟信号的8分频输出信号,用于产生积分模块和AD配置模块时钟输入信号;
(4)v_xfer_done为计数信号,记录CCD传感器完成采集的个数;
(5)Vt和Ht为各CCD垂直转移和水平转移阶段的驱动输出信号;
(6)R信号为复位门限时序,在输出单个电荷信号前,清除水平寄存器中的残留电荷,将输出放大器的电荷探测端复位到参考电平;
(7)AD驱动信号,为AD9814工作提供必要的驱动信号;
(8)同步信号,为各CCD传感器采集提供GIGE通讯的同步信号;
(9)transfer_start信号,来自积分模块,当积分模块遇到触发采集信号后,第一个CCD积分结束后产生该信号,使转移模块复位,强制回到初始状态;
(10)image_acquire为触发采集控制信号,用于触发系统各CCD采集图像;
(11)acquire_gate为转移模块同步信号提供门限的信号;
(12)Integrate_start为控制信号,用于控制各CCD的积分时间和传输时间;
(13)Vq和Hq为各CCD积分阶段的驱动输出信号;
(14)CCD_gate为CCD输出门限驱动,用于控制各CCD的模拟信号输出,避免各CCD模拟信号的输出相互干扰;
(15)CCD_IO为控制信号,用于控制整合各CCD的积分阶段和转移阶段驱动输出;
(16)V和H信号为各CCD传感器采集最终驱动输出信号;
(17)sload、sclock和sdata三个信号用于配置AD9814的内部寄存器。
2.2 各模块功能介绍
组成系统的5个模块功能分别如下:
转移模块221:(1)产生CCD摄像机在buffer转移、V转移及H转移等阶段的VtHt波形;(2)产生整个CCD摄像机采集阶段的R信号;(3)产生整个系统与GIGE同步信号;(4)产生AD工作的驱动信号;(5)为其他模块提供的8分频时钟信号。
积分模块222:(1)控制产生每个CCD摄像机在积分和传输的时间顺序;(2)产生各CCD摄像机在积分阶段的Vq、Hq波形;(3)提供帧信号产生的门限;(4)提供转移模块的复位信号;
控制模块223:(1)提供每个CCD摄像机输出使能信号;(2)提供每个CCD摄像机在不同阶段的输出控制信号(即为GIGE的使能信号)。
CCD摄像机驱动输出模块224:根据控制模块223提供的控制信号,组合输出转移模块和积分模块的V、H波形。
AD配置模块225:给AD9814提供sload、sclock和sdata三组配置信号,使AD在相应的工作模式下工作。
2.3 CPLD驱动各模块间的工作流程
图3所示为各模块调用的具体流程。
其具体步骤为:
Step1:系统开始上电,先使能AD配置模块225,通过模块产生的sload、sclock及sdata三个信号,对AD采样模块21内相应的寄存器进行配置操作。
Step2:各模块均开始工作,所有采集前端3的CCD摄像机进行FLUSH操作,通过控制模块223,将每个CCD摄像机的V、H均输出为转移模块221的Vt、Ht。
Step3:当有触发采集信号,通过控制模块223,停止所有CCD驱动输出模块224输出Vt、Ht波形,转而全部输出为积分模块222的Vq、Hq波形,程序中设定采集前端3的1#CCD摄像机积分时间为1S。
Step4:当采集前端3的1#CCD摄像机积分结束后,先利用transfer_start信号,将转移模块221复位,然后利用控制模块223控制CCD驱动输出模块224,将除采集前端3的1#CCD摄像机的V、H信号输出为转移模块221的Vt、Ht外,其余采集前端3的各CCD摄像机的输出均为Vq、Hq波形输出。
Step5:当转移模块221完一帧图像后,产生一个名为v_xfer_done的脉冲信号,表示采集前端3的1#CCD摄像机传输结束,此时积分模块222对v_xfer_done脉冲信号计数,判断计数的值是否为12,是则表示系统所有的12个CCD图像采集完成,此时跳出图像采集阶段,重新进入FLUSH阶段,等待触发采集信号;否则表示系统采集工作还未结束,此时将除下一个需要采集 CCD的V、H信号输出为转移模块221的Vt、Ht外,其余CCD图像的输出均为积分模块222的Vq、Hq波形输出,重复该过程,直至v_xfer_done脉冲信号的计数值为12时,采集才结束。
3.CPLD驱动仿真及说明
采用verilog HDL编程语言在quartus II开发平台进行仿真。为了更好观察仿真结果的正确性,程序将CCD转移行数和列数进行压缩,将CCD的积分时间缩短。
仿真结果如图4a~图4e所示。从图中可以看出仿真波形结果按照设计思路产生,且没有毛刺。由仿真结果可知,当系统上电,产生AD芯片寄存器的配置波形,AD采样模块开始工作,所有采集前端3的CCD摄像机均输出转移阶段的波形,去除CCD内积累的电荷。当激励输入触发采集信号,所有采集前端3的CCD摄像机均输出积分阶段的波形,所有采集前端3的CCD摄像机开始采集。当第一个CCD摄像机设定的积分时间结束,第一个CCD摄像机转为输出转移阶段的波形,其他所有CCD摄像机仍输出为积分阶段的波形,当第一个CCD转移阶段结束,触发第二个CCD摄像机转为输出转移阶段的波形,其他所有CCD摄像机仍输出为积分阶段的波形,重复该过程,直至最后一个CCD转移结束,12台CCD摄像机采集结束。在该过程中相应产生AD驱动信号(图中名为CLAMP、sample和AD_clk等三个信号)和GIGE同步信号(帧同步Frame、行同步Line和像素同步Pix)。采集前端3可由彩色智能球形摄像机、彩色枪式摄像机或彩色半球摄像机等不同类型的摄像机组成。
本实用新型可运用于视频安防监控需要布置较为密集的重要场所(例如银行库房、阳极泥车间、保密机构等),这些重要场所需要实现同一区域360°无死角同步视频采集,因此需要在同一处各个角度设置多台摄像机,目前该种视频监控系统实现常用的方法为:为每台摄像机均配置一套独立采集驱动系统,并将各摄像机采集获取的图像汇聚到视频光端机(摄像机为模拟前端)或交换机(摄像机为数字前端)统一上传至监控中心,系统需要实现同步采集,则需要给该区域配置视频同步盒一台,为各前端摄像机提供同步信号。
本实用新型也可以运用于医学领域CCD DR探测器中,目前CCD DR探测器大部分均采用医学专用的单个大分辨率CCD传感器实现采集。单个CCD DR探测器需选用超大广角镜头,采集光路较长,从而导致产品体积和重量偏大,不利于安装和运输等工程化操作,同时大分辨率CCD传感器和超大广角镜头价格较为昂贵。利用多个小分辨率CCD 传感器和镜头,可以减少图像采集的光路,从而减少产品体积和重量,同时可以减少产品的成本。
Claims (3)
1.多台CCD摄像机同步信号采集驱动装置,包括驱动装置,其特征在于,驱动装置由AD采样模块、CPLD驱动硬件模块和GIGE传输模块构成,AD采样模块并联连接采集前端,AD采样模块通过GIGE传输模块连接PC 上位机;AD采样模块和GIGE传输模块分别与CPLD驱动硬件模块信号连接,CPLD驱动硬件模块与采集前端信号连接;
所述PC上位机:作为视频管理工作站使用,用于显示和管理各CCD摄像机的视频图像;
所述AD采样模块:用于将采集到各CCD传感器的模拟信号转换为数字信号,含AD采样芯片、放大电路和电源供电模块;
所述CPLD驱动硬件模块:用于给采集前端、AD采样模块和GIGE传输模块提供工作必要时序驱动,含时钟输入、复位按钮输入、触发采集按钮输入、CPLD驱动芯片和电源供电等模块;
所述GIGE传输模块 :千兆网传输接口,用于将各CCD的视频数字信号图像传输至PC上位机。
2.根据权利要求1所述的多台CCD摄像机同步信号采集驱动装置,其特征在于,所述采集前端为CCD摄像机组成,用于采集前端视频模拟量图像数据。
3.根据权利要求1所述的多台CCD摄像机同步信号采集驱动装置,其特征在于,所述CCD摄像机为彩色智能球形摄像机、彩色枪式摄像机或彩色半球摄像机或至少两种摄像机的组合。
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CN201420632366.6U CN204119353U (zh) | 2014-10-29 | 2014-10-29 | 多台ccd摄像机同步信号采集驱动装置 |
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CN104320597A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-28 | 江西瑞林电气自动化有限公司 | 多台ccd摄像机同步信号采集的驱动装置及方法 |
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