专利名称：计算机化光存取记忆集成片照像机的制作方法
技术领域：
本发明属于计算机化的光学精细测量技术及计算机低级视觉技术领域。
由于光敏动态随机存取记忆集成片(光RAM)的问世，便得用于光学精细测量的低价格的计算机化图象照相机成为现实。美国BYTE出版公司1983年9月登载了一篇题为“64K-bit光敏动态RAM用于数字图象照相机”的文章，介绍一种计算机化光RAM照相机的设计方案。此方案的基本特点是把光RAM片与其他元件结合成的照相机做为外部设备，通过异步通讯接口与计算机连接如
图1所示，计算机通过接口电路对光RAM照相机进行控制和处理。
本发明打破了上述光RAM照相机与计算机的传统连接方式，提出把光RAM集成片当做计算机内的动态RAM来处理的新方案，本发明的设计方案的特征在于在一般微型计算机内插入一块控制与驱动电路板，直接与计算机内部的地址、数据和控制母线相连。曝光时间的控制软件采用控制计算机执行指令的数目的方法并用汇编语言直接编制。这样从硬件角度看，把照相机与计算机之间的联接变成了微处理器与RAM之间的联接;对数据传输来说，照相机与计算机之间的传输，变成了光RAM和计算机内部RAM之间的传输，计算机对曝光时间的控制变成计算机对光RAM写入和读出之间的时间的控制。
本发明的设计方案大大简化了传统光RAM照相机的接口电路及处理过程，电路简单、提高了光RAM照相机的功能，可与任何类型的微型计算机相配，因此，对于计算机初级视觉的开发应用方面展示了很好的前景。
本发明工作原理分别叙述如下1.光RAM的工作原理本发明采用IS32光RAM集成电路片。IS32本身有两个阵列，每个阵列有128×256个象素或者说光敏存储元素，它的特性如下＊阵列元素128×256＊元素尺寸约8×9μM＊垂直中心距21.5μM＊水平中心距8.5μM＊左右两阵列之距150μM在曝光之前给每个存储元素预先充电到某一固定电压，当曝光时，每个元素上的电容电压以各自的速率开始放电，放电速率的大小与该元素上的光强成正比。曝光结束后，计算机把光RAM中每个元素上的电压值(1或0)读到RAM中。在读出时，IS32内部的放大器把电容上的电压值和外电路设定的阈值进行比较。如果电容上的电压值小于阈值，那么读出的值为“0”，它代表白色。反过来，读出的值就是“1”，它代表黑色。由此也可知IS32光RAM实际上就是二值图象传感器，只有二级灰度。
2.灰度等级的获取为获得多级灰度的图象，如N＝128级，可多次改变曝光时间，而每次的曝光时间比前一次的来得长，这样可以得到许多不同曝光时间的二值图象，计算出相应元素的“0”或“1”的个数就可以得到所要的多级灰度图象。计算机就可以根据这些数值画出顶视图、三维图、X、Y截面图。
图4表示了光RAM中元素放电速率与光强之间的关系。设tO为开始时的曝光时间，N代表灰度级数，tN代表最后一次的曝光时间，且tN＝θtO(θ为大于1的任意常数)，那么第n次的曝光时间可按下式计算tn＝tO/(1-Jn) (1)式中J＝(θ-1)/(θN)。而放电斜率可计算如下Kn＝KO(1-Jn) (2)(1)式中的tO可用图5-1中的程序由“自动找曝光时间”的入口来找到，也可以由“输入曝光时间”入口由键盘输入加以设置。(2)式中KO的含义见图4。θ的取值取决于输入图象的反差。
(1)式在取灰度等级时用，而(2)式在画三维图及X、Y截面图时用。
3.曝光时间的控制为了测试光强较强的图象，如激光束的光强分布，需要尽可能短的曝光时间。而对光强很弱的图象需要较长的曝光时间。为解决这个问题本发明对曝光时间的控制采用对写入和读出之间的时间进行控制，也就是控制执行指令的数目。在要求曝光时间短的场合，在写入(就是给存储元素预先充电)和读出之间少执行几条相同的指令，相反，就多执行几条指令，而执行某一条指令的时间是固定的，指令的多少就反映了曝光时间的长短。
例如我们假定有4个存储元素ρ1，ρ2，ρ3和ρ4，分下面几种情况讨论①先写ρ1再写ρ2，然后回过来读ρ1再读ρ2，那么写入与读出之间的时间差为执行一条指令的时间，假定为t。
②先写ρ1、ρ2再写ρ3，然后依次读ρ1、ρ2和ρ3，那么写入与读出之间的时间差为2t。
③依次写ρ1、ρ2、ρ3和ρ4，然后依次读ρ1、ρ2、ρ3和ρ4，那么写入与读出之间的时间差为3t。
以上讨论可以看到控制写和读之间指令执行的数目就可以得到不同的曝光时间。对于要求较长的曝光时间，那么可以插入等待指令来获得。
附图简要说明图1是传统光RAM照相机原理示意图;
图2是本发明的计算机化光RAM照相机原理示意图;
图3是本发明最佳实施例原理框图;
图4是光RAM象素上的电压与曝光时间的光强之间的关系;
图5是用高级语言编写的主程序框图;
图6是用汇编语言编写的控制曝光时间的子程序框图;
本发明的最佳实施例原理框图由图3所示。光RAM集成电路片作为图象传感器，控制与驱动电路通过地址、数据和控制母线与IBMPC/XT联接起来构成。控制与驱别电路由长线驱动电路、地址译码、行列地址转换、读/写时序、光RAM输入地址译码器等电路组成。
由于IS32光RAM输入的地址与微处理器输出的地址不能一一对应，所以用了光RAM输入地址译码器。而光RAM类似于动态RAM，所以设计了行列地址转换电路和读/写时序电路。由于控制和驱动电路(见图2)是在IBMPC/XT机器里，而光RAM是在放在镜头里(图中未画镜头)，两者之间相距较远，所以在图3中设计了长线驱动电路。
另外，因为IBMPC/XT的存储地址范围很大，而IS32光RAM只有64K，设置地址译码可以把光RAM分配到未被RAM占用的地址空间。
本发明的主程序用高级语言编写，框图如图5所示。用汇编语言编写的控制曝光时间子程序如图6所示。
权利要求
1.一种计算机化光RAM照相机，由微型计算机、光敏动态随机存取读写记忆集成片(光RAM)，光学镜头组成，其特征是在于所说微型计算机内插入一控制与驱动电路的控制板通过计算机内的地址、数据控制母线相连，曝光时间的控制软件采用控制计算机执行指令的数目的方法并用汇编语言直接编制。
2.一种如权利要求1所述的光RAM照相机，其特征在于所说的控制与驱动电路由长线驱动电路、地址译码、行列地址转换、读/写时序光RAM输入地址译码器等电路组成。
全文摘要
一种计算机化光RAM照相机，属于计算机化的光学精细测量技术及计算机低级视觉技术领域。本发明在于打破了把光RAM照相机做为外部设备与计算机连接的传统连接方式，提出把光RAM集成片当做计算机内的动态RAM来处理的新方案，它的曝光时间可以控制到小于20微秒而成本又极其低廉。这种照相机在工业量测及科学研究中均可发挥作用，在计算机的低级视觉中可有开发应用前景。
文档编号H01H33/12GK1038544SQ8810787
公开日1990年1月3日 申请日期1988年10月5日 优先权日1988年6月16日
发明者林福宗 申请人:清华大学