本實(shí)用新型涉及工業(yè)機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶像場(chǎng)及空間校正的彩色工業(yè)相機(jī)。

背景技術(shù)：

理想情況下，當(dāng)相機(jī)對(duì)均勻的目標(biāo)成像時(shí),得到圖像中所有像素點(diǎn)的灰度值理論上應(yīng)該是相同的。然而,實(shí)際上圖像中各像素的值往往會(huì)有較大差異。產(chǎn)生差異的原因可能是光照不均勻、鏡片中心和鏡片邊緣響應(yīng)不一致、成像器件各響應(yīng)不一致、固定的圖像背景噪聲等等，而這些不一致性會(huì)造成圖像空間上的偏移。所以為了得到更優(yōu)質(zhì)、更逼真的圖像，就需要進(jìn)行校正。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶像場(chǎng)及空間校正的彩色工業(yè)相機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下方案：

一種帶像場(chǎng)及空間校正的彩色工業(yè)相機(jī)，包括主控制器、三線陣彩色線掃描CCD、CCD 驅(qū)動(dòng)、六路AFE通道、時(shí)序控制器、Camera Link收發(fā)器和電源管理；所述CCD驅(qū)動(dòng)連接所述三線陣彩色線掃描CCD，驅(qū)動(dòng)所述三線陣彩色線掃描CCD的運(yùn)行；所述三線陣彩色線掃描 CCD分別連接所述六路AFE通道，所述六路AFE通道均與所述時(shí)序控制器連接；所述時(shí)序控制器與所述Camera Link收發(fā)器連接；所述主控制器分別連接所述六路AFE通道、所述時(shí)序控制器和所述Camera Link收發(fā)器；所述電源模塊連接所述相機(jī)各模塊，為所述相機(jī)各模塊供電；所述主控制器選用的FPGA型號(hào)為EP4CE40F23C7。

所述EP4CE40F23C7具有自動(dòng)增益/自動(dòng)白平衡、像場(chǎng)矯正和空間矯正功能。

所述六路AFE通道分別為紅通道、綠通道和藍(lán)通道，且所述紅通道、綠通道和藍(lán)通道分別為兩路通道。

所述三線陣彩色線掃描CCD為三線陣奇偶輸出結(jié)構(gòu)。

所述主控制器與所述Camera Link收發(fā)器連接方式為串口通訊連接。

所述AFE通道包含CDS相關(guān)雙采樣、PGA可編程增益控制、OB可編程偏置控制和10bit AD采樣器。

所述工業(yè)相機(jī)采用單一直流電源輸入，在Ta＝25℃情況下，電源電壓最適值為DC12V，最小值DC11V，最大值DC13V。

所述工業(yè)相機(jī)使用Camera Link接口內(nèi)的CC3控制信號(hào)作為外部時(shí)鐘的輸入源，時(shí)鐘輸入范圍為25MHz—30MHz。

所述三線陣彩色線掃描CCD感光線長度為28.672mm；感光線位置為35.67mm；有效像素為2048。

所述工業(yè)相機(jī)設(shè)有電氣接口連接器，包括一個(gè)4芯的電源輸入連接器、一個(gè)MDR-26 Camera Link連接器和一個(gè)用于指示相機(jī)工作狀態(tài)和提供錯(cuò)誤報(bào)警的LED指示燈。

本實(shí)用新型的有益效果是相較于現(xiàn)有技術(shù)增加了三個(gè)功能，自動(dòng)增益/自動(dòng)白平衡、像場(chǎng)矯正和空間矯正，使得相機(jī)像素更均勻，空間位置更精準(zhǔn)，成像效果更好；采用了Camera Link Base標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口方式，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型相機(jī)工作原理框圖。

圖2為本實(shí)用新型電氣接口示意圖。

圖3為本實(shí)用新型電源輸入連接器示意圖。

圖4為本實(shí)用新型電源輸入連接器管腳定義表。

圖5為本實(shí)用新型相機(jī)通訊串行口定義。

圖6為本實(shí)用新型FPGA原理圖。

圖7為本實(shí)用新型空間矯正原理示意圖。

圖中，1、電源連接器 2、LED指示燈 3、數(shù)據(jù)連接器

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)施例做出詳細(xì)說明。

帶像場(chǎng)及空間校正的彩色線掃描相機(jī)包括主控制器、三線陣彩色線掃描CCD、CCD驅(qū)動(dòng)、六路AFE通道、時(shí)序控制器、Camera Link收發(fā)器和電源管理。六路AFE通道分別為紅通道、綠通道和藍(lán)通道。CCD驅(qū)動(dòng)連接三線陣彩色線掃描CCD，驅(qū)動(dòng)三線陣彩色線掃描CCD的運(yùn)行；三線陣彩色線掃描CCD分別連接六路AFE通道，六路AFE通道均與時(shí)序控制器連接；時(shí)序控制器與Camera Link收發(fā)器連接；主控制器分別連接六路AFE通道、時(shí)序控制器和Camera Link收發(fā)器；電源模塊連接相機(jī)各模塊，為相機(jī)各模塊供電。主控制器與Camera Link收發(fā)器連接方式為串口通訊連接。

帶像場(chǎng)及空間校正的彩色線掃描相機(jī)采用了基于三線陣奇偶輸出結(jié)構(gòu)的彩色線掃描 CCD傳感器，因此內(nèi)部采用了6路并行模擬通道AFE進(jìn)行信號(hào)處理和數(shù)字化轉(zhuǎn)換。AFE模塊中包含了CDS相關(guān)雙采樣、PGA可編程增益控制、OB可編程偏置控制和10bit AD采樣器構(gòu)成。

時(shí)序發(fā)生器及主控制器均由FPGA設(shè)計(jì)，時(shí)序控制器為CCD驅(qū)動(dòng)及AFE模塊提供高精度和高速的時(shí)序脈沖，同時(shí)完成數(shù)據(jù)合并以及與Camera Link收發(fā)器完成接口時(shí)序；主控制器進(jìn)行AFE的可編程控制，對(duì)時(shí)序控制器的時(shí)序編程控制和與Camera Link收發(fā)器內(nèi)的串行接口完成相機(jī)與外界的通訊控制。

線掃描相機(jī)使用Camera Link接口內(nèi)的CC1控制線提供外同步模式下同步脈沖的輸入；外同步模式下相機(jī)按照外部同步脈沖周期進(jìn)行積分同步。CC3輸入作為可選的外部時(shí)鐘輸入。

線掃描相機(jī)供電采用單一直流電源輸入。電源電壓(Ta＝25℃)最適值為DC12V，最小值DC11V，最大值DC13V。

線掃描相機(jī)電氣接口連接器包括一個(gè)4芯的電源輸入連接器、一個(gè)MDR-26Camera Link 連接器，如圖2所示，相機(jī)后部另有1個(gè)LED指示燈用于指示相機(jī)的工作狀態(tài)和提供錯(cuò)誤報(bào)警。

線掃描相機(jī)使用Camera Link接口內(nèi)的CC3控制信號(hào)作為外部時(shí)鐘的輸入源，時(shí)鐘輸入范圍為25MHz—30MHz。

CCD感光線長度為28.672mm；感光線位置為35.67mm；有效像素為2048。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型工業(yè)相機(jī)追加了三個(gè)功能：

一：自動(dòng)增益/自動(dòng)白平衡

相機(jī)的自動(dòng)增益功能通過相機(jī)內(nèi)置的高速處理器對(duì)若干行原始圖像數(shù)據(jù)采用逐次逼近的算法實(shí)現(xiàn)各通道增益的自動(dòng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)彩色線掃描相機(jī)的自動(dòng)白平衡設(shè)定功能，自動(dòng)增益/自動(dòng)白平衡供涉及3個(gè)可用配置命令。

1.目標(biāo)值(WBT命令)：設(shè)定自動(dòng)增益設(shè)定的目標(biāo)灰度值，設(shè)定參數(shù)按照10bit AD原始轉(zhuǎn)換精度為基準(zhǔn)，參數(shù)范圍為512—960(對(duì)應(yīng)8bit輸出的128—240)；

2.計(jì)算行數(shù)(WB#命令)：設(shè)定自動(dòng)增益設(shè)定用于計(jì)算的行數(shù)，通常行數(shù)越高則逼近的精度也越高，最大可設(shè)定行數(shù)為255(出廠默認(rèn)值)；

3.自動(dòng)增益(WBA命令)：啟動(dòng)自動(dòng)增益/自動(dòng)白平衡功能，在達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值或達(dá)到設(shè)定的計(jì)算行數(shù)后自動(dòng)停止，所有相機(jī)的增益相關(guān)寄存器會(huì)在自動(dòng)增益操作結(jié)束后更新為新的計(jì)算值。

二：像場(chǎng)矯正

像場(chǎng)校正功能用于校正鏡頭、光源及CCD傳感器本身的PRNU等不均勻性系統(tǒng)偏差，校正后實(shí)現(xiàn)在像場(chǎng)上均勻的圖像輸出。相機(jī)內(nèi)部采用了快速像場(chǎng)校正算法可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的快速校正，用戶使用FCA命令啟動(dòng)自動(dòng)校正，使用FCS命令保存校正數(shù)據(jù)。

像場(chǎng)校正可校正的最大差異不超過4倍，由于為數(shù)字校正，對(duì)亮度差異較大的情況校正會(huì)顯著降低圖像的信噪比。

自動(dòng)校正指令需要較長的操作時(shí)間(約60秒)，數(shù)據(jù)保存則需要更長的時(shí)間(高達(dá)6 分鐘)，因此建議用戶在校正后掃描圖像確認(rèn)校正無誤后再進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。

即使當(dāng)前相機(jī)設(shè)置為關(guān)閉像場(chǎng)校正輸出，執(zhí)行自動(dòng)像場(chǎng)校正后，相機(jī)將自動(dòng)啟用像場(chǎng)校正輸出。

三：空間矯正

三線陣CCD傳感器由于其特殊的物理結(jié)構(gòu)，使其同時(shí)對(duì)物面三個(gè)位置同時(shí)成像，從而導(dǎo)致出現(xiàn)圖像的空間色彩偏移。S4系列相機(jī)的空間校正功能則用于校正這種情形，通過行延遲輸出消除這種現(xiàn)象。

空間校正包括兩個(gè)可用指令，“L”指令用于設(shè)定延遲輸出的行數(shù)，“D”指令用于設(shè)定掃描方向；空間校正的原理如圖6所示。

空間校正要求檢測(cè)物的運(yùn)動(dòng)速度必須是穩(wěn)定的，空間校正無法消除由于速度波動(dòng)帶來的空間色彩偏移。

當(dāng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度高于相機(jī)最高行頻所限定的最大掃描速度時(shí)，可通過減少行延遲參數(shù)值消除空間色彩偏移，但此時(shí)獲取的圖像會(huì)在掃描方向產(chǎn)生壓縮變形。當(dāng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度低于相機(jī)最高行頻所限定的最大掃描速度時(shí)，可通過積分時(shí)間指令降低相機(jī)行頻消除空間色彩偏移。

主控制器FPGA需要滿足的條件有：AD的數(shù)據(jù)接收：滿足7對(duì)LVDS數(shù)據(jù)輸入及其它AD 時(shí)序信號(hào)的輸出(設(shè)計(jì)兼容LVDS輸入可作為TTL輸入應(yīng)用)；Camera Link輸出：滿足Base CL(或兼容Medium CL接口容量)；像場(chǎng)校正用的外置存儲(chǔ)器接口；空間校正用的外置存儲(chǔ)器接口；大容量串行FLASH存儲(chǔ)器接口；與外置MCU的自定義串行接口；LED控制線(或可由MCU控制LED)。本申請(qǐng)選用的FPGA為EP4CE40F23C7，EP4CE40F23C7具有兩個(gè)SSRAM接口，設(shè)計(jì)需求分別為：空間校正，512K×16bit；像場(chǎng)校正，64K×32bit。自動(dòng)增益/自動(dòng)白平衡、像場(chǎng)矯正和空間矯正三個(gè)功能的程序裝載在FPGA中。

本實(shí)用新型的有益效果是相較于現(xiàn)有技術(shù)增加了三個(gè)功能，自動(dòng)增益/自動(dòng)白平衡、像場(chǎng)矯正和空間矯正，使得相機(jī)像素更均勻，空間位置更精準(zhǔn)，成像效果更好；采用了Camera Link Base標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口方式，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的穩(wěn)定性和可靠性。

以上對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)范圍所作的均等變化、改進(jìn)或組合等，均應(yīng)仍歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。