CN208924346U - 图像采集系统和晶片预对准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种图像采集系统和晶片预对准装置，该图像采集系统包括依次连接的传感器、外部触发单元和图像采集模块，所述图像采集模块包括控制器、双向串行通讯接口和光纤转换模块和电源模块，所述控制器通过所述双向串行通讯接口连接有电荷耦合器件，所述控制器通过所述光纤转换模块光纤连接有上位机，所述上位机与所述外部触发单元连接；所述控制器通过内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号控制电荷耦合器件采集图像数据。本实用新型能够解决图像采集的触发方式单一、采样频率低、数据传输速度慢和数据传输精度低的缺陷。

Description

图像采集系统和晶片预对准装置

技术领域

本实用新型涉及图像采集技术领域，特别涉及一种图像采集系统和晶片预对准装置。

背景技术

图像采集系统，应用于各个领域中，用于采集特定环境或者被检测物的图像数据，以实现特定的目的。例如全景监控、位置监控、证件识别、前后图像数据比对分析等等。在半导体技术领域中，图像采集系统可以应用于硅片预对准工艺中，以在光刻设备中保证硅片的上片角度，确保后续工艺的正确执行。常见的硅片预对准是通过采集硅片边缘图像，再进行图像处理，最后由其他设备进行预对准动作。因此，图像采集是硅片预对准环节中重要一环。图像采集系统常采用微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程逻辑控制器(FPGA)等控制芯片。现有技术中提供一种基于FPGA的图像数据采集传输系统，包括A/D转换模块、FPGA模块、通讯模块等，以上模块依次连接，此外，FPGA模块还同时连接可调偏置输出模块，提供图像传感器的工作电平。FPGA模块包括数据读取分配单元、2个双埠随机存取(DPRAM)单元、数据读出缓存单元、USB读写控制单元、指令解析单元、时钟产生单元、参数配置单元、偏置控制单元等。偏置控制单元与可调偏置输出模块相连接，调节偏置电压输出电平，提供给图像传感器使之正常工作。参数配置单元与外部的图像传感器相连接，向图像传感器写入工作参数或者读取当前工作参数。时钟产生单元与外部的图像传感器、模数(A/D)转换模块相连接，用于控制图像帧率。在复杂的工况下，时钟单元不适用多样的采集触发。其采样过程如下：由A/D转换模块接收模拟输入信号，数据读取分配单元接收A/D转换数据，并将接收的数据写入DPRAM单元。经过2个DPRAM单元的乒乓操作，数据读出缓存单元判断并读取DPRAM的缓存数据。USB读写控制单元读取缓存数据，经数据总线和控制总线连接于通讯模块。其缺点在于，USB读写模块的传输速度，适用于采样频率较低的情况。在采样过程中，USB读写控制单元与指令解析单元、通讯模块一起组成数据交互、指令分析、任务分配核心。因此，上述图像采集系统不能满足多样触发。此外，USB读写单元的设计，使得图像采集系统的采样频率偏低、传输效率偏低、图像数据精度低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种图像采集系统和及晶片预对准装置，以解决图像采集的触发方式单一、采样频率低、数据传输速度慢的缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种图像采集系统，包括依次连接的传感器、外部触发单元和图像采集模块，所述图像采集模块包括控制器、双向串行通讯接口和光纤转换模块和电源模块，所述控制器通过所述双向串行通讯接口连接有电荷耦合器件，所述控制器通过所述光纤转换模块光纤连接有上位机，所述上位机与所述外部触发单元连接；所述控制器通过内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号控制电荷耦合器件采集图像数据。

进一步的，本实用新型提供的图像采集系统，所述控制器为FPGA控制模块，其包括：

时钟产生单元，产生内部时钟信号；

参数配置单元，用于设置电荷耦合器件的工作参数；

数据读取单元，通过所述双向串行通讯接口读取电荷耦合器件采集的图像数据；

数据处理单元，读取数据读取单元存储的图像数据，并对图像数据进行滤波，得到完整图像数据，以及对图像数据进行去噪得到目标图像数据；

数据缓存单元，用于缓存数据处理单元的完整图像数据和目标图像数据；

光纤通讯单元，用于通过所述光纤转换模块发送所述数据缓存单元的目标图像数据给上位机，以及接收上位机通过光纤转换模块发送的控制指令；

触发信号处理单元，接收内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号通过双向串行通讯接口控制电荷耦合器件采集图像数据；

命令控制单元，与时钟产生单元、参数配置单元、数据读取单元、数据处理单元、数据缓存单元、光纤通讯单元和触发信号处理单元连接，用于实现FPGA控制模块与上位机的数据和指令的传输；当上位机发送配置指令时，触发信号处理单元执行触发信号的触发方式的参数配置，命令控制单元控制参数配置单元设置电荷耦合器件的工作参数以及控制时钟产生单元复位；当上位机发送采集指令时，命令控制单元控制数据读取单元、数据处理单元和数据缓存单元执行相应的操作；当上位机发送传输指令时，命令控制单元控制光纤通讯单元向上位机发送目标图像数据。

进一步的，本实用新型提供的图像采集系统，所述内部触发信号根据所述控制器的内部时钟信号设定的定时器产生。

进一步的，本实用新型提供的图像采集系统，所述外部触发信号根据外部触发单元读取传感器的值且当传感器的值达到外部触发单元预设触发条件时产生。

进一步的，本实用新型提供的图像采集系统，所述预设触发条件为位移或者旋转角度。

进一步的，本实用新型提供的图像采集系统，所述指令触发信号由上位机通过光纤转换模块发出。

进一步的，本实用新型提供的图像采集系统，所述双向串行通讯接口为CameraLink通讯接口，和/或所述光纤转换模块为高速串行链路转换模块，和/或所述上位机为数字信号处理器。

为了解决上述技术问题，本实用新型还提供一种晶片预对准装置，包括垂直设置在晶片边缘两侧的照明组件和光学组件，以及如上述的图像采集系统，所述电荷耦合器件对准晶片边缘并且设置在所述光学组件的一侧，所述传感器用于检测晶片边缘或者晶片承载机构的位移或者旋转角度。

进一步的，本实用新型提供的晶片预对准装置，所述电荷耦合器件设置于晶片边缘的上方或者下方。

进一步的，本实用新型提供的晶片预对准装置，所述传感器与晶片承载机构有线或者无线连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的图像采集系统和晶片预对准装置，控制器通过内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号控制电荷耦合器件采集图像数据，即电荷耦合器件的图像数据的触发方式可以是内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号中的任意一种，从而解决图像数据采集的触发方式单一的缺陷，满足多种场景下的图像采集需求。本实用新型的外部触发单元可以通过与其连接的上位机设置触发条件，以配置采集频率，可以使外部触发单元接收较宽频率范围的采样频率，从而动态调整电荷耦合器件的工作帧率，以克服现有技术中图像采样频率低的缺陷。本实用新型的上位机与控制器之间通过光纤转换模块光纤连接，从而提高了数据和指令的传输速度。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的图像采集系统及晶片预对准装置的结构示意图；

图2本实用新型一实施例的图像采集系统的硬件电路结构示意图；

图3是本实用新型的外部触发单元的触发方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细描述：

请参考图1和图2，本实施例提供一种图像采集系统，包括依次连接的传感器6、外部触发单元7和图像采集模块8，所述图像采集模块8包括控制器、双向串行通讯接口和光纤转换模块810和电源模块811，所述控制器通过所述双向串行通讯接口连接有电荷耦合器件(CCD)5，所述控制器通过所述光纤转换模块810光纤连接有上位机9，所述上位机9与所述外部触发单元7连接，可以用于设置外部触发单元7的采样频率；所述控制器通过内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号控制电荷耦合器件5采集图像数据。其中控制器可以是FPGA控制模块812，上位机9可以是数字信号处理器(DSP)，串行通讯接口可以是Cameralink通讯接口801，Camera link通讯接口801是双向的串行通讯接口，可以实现FPGA控制模块812和电荷耦合器件5之间的通信，Camera link通讯接口801能够接收CCD的图像数据和通信数据。电源模块811用于提供电源供给。

请参考图2，本实用新型提供的图像采集系统，所述FPGA控制模块812，包括：

时钟产生单元808，产生内部时钟信号。

参数配置单元807，用于设置电荷耦合器件5的工作参数；包括读取和写入电荷耦合器件5的工作参数。

数据读取单元802，通过所述双向串行通讯接口读取电荷耦合器件5采集的图像数据；根据图像数据每个像素的位数，以及数据读取单元802的数据寄存器的大小，来确定传输次数。

数据处理单元803，读取数据读取单元802存储的图像数据，并对图像数据进行滤波，得到完整图像数据，以及对图像数据进行去噪得到目标图像数据；对图像数据处理还包括插值、差分、直方图均衡化等，达到去除噪声、识别非目标数据的目的。数据处理单元803的设计，增加了对采集后的图像数据进行预处理的工艺，初步优化了图像数据，去除非目标图像数据，进而提高了图像数据的精度，减少了非必要的或者不清晰的图像数据的传输量，提高了上位机9对接收的目标图像数据后续处理的工作效率。该数据处理单元803去除了因环境以及CCD本身造成的噪声，提高了图像数据的精度。

数据缓存单元804，用于缓存数据处理单元803处理后的完整图像数据和目标图像数据；其中目标图像数据为去除非目标数据后的图像数据，完整的图像数据用于数据诊断、错误跟踪。数据缓存单元804的内存只能存储1帧图像时，上位机9对FPGA控制模块812的采样频率略小于CCD的采样频率。根据不同的应用需求，数据缓存单元804的内存可以设计的足够大，例如使用FIFO存储器，上位机9的向下采样可以单次或多次完成，可以避免CCD采样频率过高时图像数据覆盖的问题。

光纤通讯单元805，用于通过所述光纤转换模块810发送所述数据缓存单元804的目标图像数据给上位机9，以及接收上位机9通过光纤转换模块810发送的控制指令；光纤通讯单元805是FPGA控制模块812与光纤转换模块810的数据交互单元，该单元主要负责FPGA控制模块812与上位机9的控制指令交互和数据传输。

触发信号处理单元809，接收内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号通过双向串行通讯接口控制电荷耦合器件5采集图像数据；三种触发信号不能同时使用，使用那个触发信号触发机制，由上位机9控制。因为触发机制的多样性，也会使CCD采样频率范围变大，不仅仅依赖于FPGA控制模块812的内部时钟。

命令控制单元806，与时钟产生单元808、参数配置单元807、数据读取单元802、数据处理单元803、数据缓存单元804、光纤通讯单元805和触发信号处理单元809连接，用于实现FPGA控制模块812与上位机9的数据和指令的传输；当上位机9发送配置指令时，触发信号处理单元809执行触发信号的触发方式的参数配置，命令控制单元806控制参数配置单元807设置电荷耦合器件5的工作参数以及控制时钟产生单元808复位；当上位机9发送采集指令时，命令控制单元806控制数据读取单元802、数据处理单元803和数据缓存单元804执行相应的操作；当上位机9发送传输指令时，命令控制单元806控制光纤通讯单元805向上位机9发送目标图像数据。命令控制单元806可以设置各个缓存单元的帧头寄存器，包括帧头计数值和状态位。

本实用新型提供的图像采集系统，其中内部触发信号根据所述控制器的内部时钟信号设定的定时器产生；外部触发信号可以根据外部触发单元7读取传感器6的值且当传感器6的值达到外部触发单元7预设触发条件时产生，请参考图3，预设触发条件为位移、旋转角度或者其它参数；指令触发信号由上位机9通过光纤转换模块810发出。三种触发信号同一时间只有一个工作，触发信号的选择以及触发条件的设定均由上位机9控制。

本实用新型提供的图像采集系统，所述光纤转换模块810可以为高速串行链路转换模块(High Speed Serial Link，HSSL)。光纤转换模块810分为HSSL发送器和HSSL接收器。HSSL发送器负责将FPGA控制模块812发送的数据进行编码，再串行输出到上位机9的光纤收发器。HSSL接收器负责将上位机9的光纤收发器的数据进行解码，再输出到FPGA控制模块812。光纤转换模块810提高了FPGA控制模块812与上位机9之间的数据传输的速度。

请参考图1，本实施例还提供一种基于上述图像采集系统的晶片预对准装置，包括垂直设置在晶片1边缘两侧的照明组件3和光学组件4，所述电荷耦合器件5对准晶片1边缘并且设置在所述光学组件4的一侧，所述传感器6用于检测晶片1边缘或者晶片承载机构2的位移或者旋转角度，此时位移或者旋转角度为触发条件。其中光学组件4例如为透镜组，晶片承载机构2例如为吸附硅片的旋转轴。其中所述电荷耦合器件5可以设置于晶片1边缘的上方或者下方。晶片承载机构2带着晶片1旋转，同时CCD采集晶片边缘图像。照明组件3能够使采集的图像数据更加清晰，以便于数据处理单元的准确分析和判断，光学组件4可以用于对采集的图像数据进行放大，以利于图像数据的去噪处理。

为了避免对晶片的影响，本实用新型提供的晶片1预对准装置，可以使用传感器6与晶片承载机构2有线或者无线连接，以晶片承载机构2的旋转角度为触发条件，采样频率通过上位对9对外部触发单元进行动态设置。

本实用新型提供的图像采集系统和晶片1预对准装置，控制器通过内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号控制电荷耦合器件5采集图像数据，即电荷耦合器件5的图像数据的触发方式可以是内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号中的任意一种，从而解决图像数据采集的触发方式单一的缺陷，满足多种场景下的图像采集需求。本实用新型的外部触发单元7可以通过与其连接的上位机9设置触发条件，以配置采集频率，可以使外部触发单元7接收较宽频率范围的采样频率，从而动态调整电荷耦合器件5的工作帧率，以克服现有技术中图像采样频率低的缺陷。本实用新型的上位机9与控制器之间通过光纤转换模块810光纤连接，从而提高了数据和指令的传输速度。本实用新型通过光纤转换模块810与上位机9光纤连接，能够实现所需采集数据的快速实时上报。

本实用新型不限于上述具体实施方式，凡在本实用新型的保护范围之内所作出的各种变化和润饰，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像采集系统，其特征在于，包括依次连接的传感器、外部触发单元和图像采集模块，所述图像采集模块包括控制器、双向串行通讯接口和光纤转换模块和电源模块，所述控制器通过所述双向串行通讯接口连接有电荷耦合器件，所述控制器通过所述光纤转换模块光纤连接有上位机，所述上位机与所述外部触发单元连接；所述控制器通过内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号控制电荷耦合器件采集图像数据。

2.如权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于，所述控制器为FPGA控制模块，其包括：

时钟产生单元，产生内部时钟信号；

参数配置单元，用于设置电荷耦合器件的工作参数；

数据读取单元，通过所述双向串行通讯接口读取电荷耦合器件采集的图像数据；

数据处理单元，读取数据读取单元存储的图像数据，并对图像数据进行滤波，得到完整图像数据，以及对图像数据进行去噪得到目标图像数据；

数据缓存单元，用于缓存数据处理单元的完整图像数据和目标图像数据；

光纤通讯单元，用于通过所述光纤转换模块发送所述数据缓存单元的目标图像数据给上位机，以及接收上位机通过光纤转换模块发送的控制指令；

触发信号处理单元，接收内部触发信号、外部触发信号或者指令触发信号通过双向串行通讯接口控制电荷耦合器件采集图像数据；

命令控制单元，与时钟产生单元、参数配置单元、数据读取单元、数据处理单元、数据缓存单元、光纤通讯单元和触发信号处理单元连接，用于实现FPGA控制模块与上位机的数据和指令的传输；当上位机发送配置指令时，触发信号处理单元执行触发信号的触发方式的参数配置，命令控制单元控制参数配置单元设置电荷耦合器件的工作参数以及控制时钟产生单元复位；当上位机发送采集指令时，命令控制单元控制数据读取单元、数据处理单元和数据缓存单元执行相应的操作；当上位机发送传输指令时，命令控制单元控制光纤通讯单元向上位机发送目标图像数据。

3.如权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于，所述内部触发信号根据所述控制器的内部时钟信号设定的定时器产生。

4.如权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于，所述外部触发信号根据外部触发单元读取传感器的值且当传感器的值达到外部触发单元预设触发条件时产生。

5.如权利要求4所述的图像采集系统，其特征在于，所述预设触发条件为位移或者旋转角度。

6.如权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于，所述指令触发信号由上位机通过光纤转换模块发出。

7.如权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于，所述双向串行通讯接口为CameraLink通讯接口，和/或所述光纤转换模块为高速串行链路转换模块，和/或所述上位机为数字信号处理器。

8.一种晶片预对准装置，其特征在于，包括垂直设置在晶片边缘两侧的照明组件和光学组件，以及如权利要求1-7中任一项所述的图像采集系统，所述电荷耦合器件对准晶片边缘并且设置在所述光学组件的一侧，所述传感器用于检测晶片边缘或者晶片承载机构的位移或者旋转角度。

9.如权利要求8所述的晶片预对准装置，其特征在于，所述电荷耦合器件设置于晶片边缘的上方或者下方。

10.如权利要求8所述的晶片预对准装置，其特征在于，所述传感器与晶片承载机构有线或者无线连接。