专利名称：接触式多光谱图像传感器的制作方法
技术领域：
背景技术：
就图像传感器而言，比如应用于防伪设备的图像传感器，随着防伪技术的不 断提高，目前的图像传感器在时间及成像信息上己不能适应。制约了诸如钞票鉴 伪设备的品质提高和普及应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种接触式多光谱图像传感器，以能够采 集更多的图像信息，提高鉴伪能力。为此，本发明采用以下技术方案它主要组 成部分包括表面玻璃、多光谱光源、透镜阵列、图像传感器单元阵列、控制和 信号放大电路以及输入输出接口；多光谱光源和透镜阵列形成光路系统，用于发 射光线并将物体的反射光聚焦到图像传感器单元阵列上；控制、信号放大电路和
输入输出接口构成电路系统，用于控制多光谱光源的发光时间和时机、小信号的 放大以及生成输入输出信号的时序控制。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可同时采用以下进一步的技术方案
它以不同波长的LED颗粒排列成矩阵作为多光谱光源。
电路系统提供启动信号将图像传感器单元阵列的电压数据并行加载到时钟 信号移位寄存器中，时钟信号同步移位寄存器的数据经过放大电路分三段输出。
电路系统的工作在时钟信号下同步，包括在时钟的一个上升沿将图像传感器 单元的数据加载到时钟信号移位寄存器，在每个时钟的下降沿将时钟信号移位寄存器的数据输出。
由于采用本发明的技术方案，本发明能够实现多光谱高速图像采集，可应用 于高速钞票识别、钞票鉴伪、号码和字符识别，以及支票和票据识别等应用领域 的高速、实时多光谱图像信号的捕获。本发明同时具有以下优点-
1、 使用多光谱光源，其中包括可见光和不可见光，可以在广泛的领域中应 用，并且可以根据实际应用需求，在不对电路进行大量修改的前提下，采用不同 波长的光源。使用的成像元件可以在更短的时间内完成对亮度检测器的充放电， 具有更短的积分时间。本发明光源集成。在一个壳体内集成多个光源，并对各光 源的曝光时间和曝光时刻进行独立控制。
2、 采用LED发光颗粒，并且不同光谱的发光颗粒双行间隔排列，又更好的
多光谱成像均匀性。
3、 高速成像。本发明对目标的成像时间小于0.15毫秒，该特点可以应用于 高速实时图像扫描等领域，如钞票或票据的高速识别等。
4、 三段高速信号输出，在数据输出部分应用了并行技术，提高了数据输出 速度，与高速成像技术结合可以进一步提高该发明的实时图像捕获能力。本发明 的分辨率为200dpi，每行提供1536个像素点的数据信号输出，1536个像素点分 三段并行输出，每段输出512个像素点，输出时间小于0.13毫秒，该输出模式 与彩色视频信号一致，便于应用电路的设计和实现。
5、 本发明的时序关系简单，使用FPGA、 DSP或单片机就可以很容易地实 现对该设备的控制。
图1为本发明的结构原理示意图。 图2为本发明的光路系统和电路系统的结构示意图。 图3为本发明输出电平与亮-暗关系示意图。
图4为本发明亮度输出信号和吋钟信号、启动信号的时间关系示意图。图5为本发明信号时序关系示意图。
具体实施例方式
一、 本发明的结构，参照附图1。
本发明的主要组成部分包括表面玻璃l、多光谱光源2、透镜阵列3、图 像传感器单元阵列4、控制和信号放大电路5以及输入输出接口 6等六个部分。
其中表面玻璃用于保护内部光路系统合电路系统；多光谱光源和透镜阵列形成光 路系统，用于发射光线并将物体的反射光聚焦到图像传感器单元阵列上；控制、 信号放大电路和输入输出接口构成电路系统，用于对曝光时刻和曝光时间的控制 (即多光谱光源的发光时间和时机控制)、小信号的放大以及生成输入输出信号 的时序控制。'附图标号7为图像传感器壳体。本发明的时序关系简单，使用FPGA、 DSP或单片机就可以很容易地实现对该设备的控制。
本发明使用LED颗粒作为光源，为了拓展其应用领域，可以根据需要焊接 不同波长的LED颗粒，但不需要对本发明的光路结构和电路系统进行明显的改 动。LED颗粒排列成矩阵，将多个光源集成在一起，并且分别控制，既可以捕 获灰度图像，也能捕获彩色图像。这些光源包括可见光(如红光、绿光)和不可 见光(如红外光)，这一特点使其在多币种钞票识别和鉴伪应用具有明显的优势。
二、 本发明的光路系统和电路系统结构，参照附图2。 本发明为光电一体化设备，其光路系统和电路系统的结构如图2所示。多光
谱LED的阴极是各个光源的控制端。在应用电路的设计中，建议使用达林顿三 极管来控制多光谱LED的阴极。当达林顿三极管的基极为高电平时，LED导通， 光源点亮，LED的发光时间由达林顿三极管的基极高电平维持时间决定。目标 的反射光经过透镜聚焦于图像传感器单元阵列上。目标颜色决定反光强度。图像 传感器单元为光敏元件，在一定时间内，光线的作用强度决定在图像传感器单元 上积累电荷的数量。电路系统提供启动信号将图像传感器单元阵列的电压数据并行加载到移位寄存器中。时钟信号同步移位寄存器的数据经过放大电路分三段输 出。电路系统的工作在时钟信号下同步，包括在时钟的一个上升沿将图像传感器 单元的数据加载到移位寄存器，在每个时钟的下降沿将移位寄存器的数据输出。
三、 输出电平，参照附图3。
本发明的输出电平反映目标的亮度，其亮度关系如图3所示。该传感器的暗 电平输出约为0.2V，亮-暗电平输出的峰-峰值为l.OV，所以，在实际应用时， 将该传感器的三段模拟输出接到偏置电压为0.2V左右的ADC上。
四、 本发明控制信号和输出信号时序关系
本发明的控制信号和输出信号是由外部输入时钟信号同步的。外部时钟输入 信号的最大工作频率为5MHz，占空比为25%~50%。时钟信号和控制信号的最 大输入电平为5V。本发明如果在时钟信号的上升沿检测到输出启动信号为高电 平，则图像传感器的单元被加载到移位寄存器中，在随后的时钟信号下降沿三个 输出通道并行输出经过放大的目标位置亮度对应得电压信号。启动信号只能跨越 一个时钟信号的上升沿。输出信号在时钟信号下降沿80ns后达到稳定，并且能 够保持100ns。因此，应用电路设计时，应在时钟信号下降沿后80ns后的100ns 时间内完成采样。
本发明的亮度输出信号与时钟信号和启动信号的稳定时间关系如图4所示， 多光谱LED光源阴极控制信号与时钟信号、启动信号以及输出信号的关系如图 5所示。
本发明可以在高速纸币鉴伪仪、高速票据处理机等设备上得到成功应用。其 应用电路主要包括ADC芯片、控制逻辑芯片和数据处理芯片组成。其中控制芯 片用于生成传感器控制信号的时序。数据处理芯片用于对传感器捕获的数据进行 处理和分析，并将分析结果通过通信接口发往上位机。
权利要求
1、接触式多光谱图像传感器，其特征在于它主要组成部分包括表面玻璃、多光谱光源、透镜阵列、图像传感器单元阵列、控制和信号放大电路以及输入输出接口；多光谱光源和透镜阵列形成光路系统，用于发射光线并将物体的反射光聚焦到图像传感器单元阵列上；控制、信号放大电路和输入输出接口构成电路系统，用于控制多光谱光源的发光时间和时机、小信号的放大以及生成输入输出信号的时序控制。
2、 如权利要求1所述的接触式多光谱图像传感器，其特征在于它以不同波 长的LED颗粒排列成矩阵作为多光谱光源。
3、 如权利要求2所述的接触式多光谱图像传感器，其特征在于不同波长的 LED颗粒双行间隔排列。
4、 如权利要求1所述的接触式多光谱图像传感器，其特征在于电路系统提 供启动信号将图像传感器单元阵列的电压数据并行加载到时钟信号移位寄存器 中，时钟信号同步移位寄存器的数据经过放大电路分三段输出。
5、 如权利要求4所述的接触式多光谱图像传感器，其特征在于电路系统的 工作在时钟信号下同步，包括在时钟的一个上升沿将图像传感器单元的数据加载 到时钟信号移位寄存器，在每个时钟的下降沿将时钟信号移位寄存器的数据输 出。
全文摘要
本发明提供了一种接触式多光谱图像传感器。它主要组成部分包括表面玻璃、以不同波长的LED颗粒排列成矩阵而成的多光谱光源、透镜阵列、图像传感器单元阵列、控制和信号放大电路以及输入输出接口；多光谱光源和透镜阵列形成光路系统，用于发射光线并将物体的反射光聚焦到图像传感器单元阵列上；控制、信号放大电路和输入输出接口构成电路系统，用于控制多光谱光源的发光时间和时机、小信号的放大以及生成输入输出信号的时序控制。本发明采集图像信息量大，成像速度快，可应用于高速钞票识别、钞票鉴伪、号码和字符识别，以及支票和票据识别等应用领域的高速、实时多光谱图像信号的捕获。
文档编号G07D7/00GK101308540SQ20081006146
公开日2008年11月19日 申请日期2008年5月4日 优先权日2008年5月4日
发明者鹏 刘, 唐降龙, 野 金, 顾梓昆 申请人:梓昆科技(杭州)有限公司