一种具有缺陷图像分割功能的工业相机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种能够在采集时直接实现图像分割的相机，具体涉及一种具有缺陷图像分割功能的工业相机。
【背景技术】
[0002]现有的线阵相机主要包括(XD传感器、(XD驱动电路、FPGA控制与处理模块、CPLD模块、前置放大和滤波模块、A/D转换模块以及SSRAM等。在造纸生产线上，用来获取纸张图像的线阵相机种类繁多，这些相机通常对所有的纸张信息进行采集，随着纸机速度和相机扫描频率的不断提高，相机输出的图像数据量正大幅增长，给后端处理带来压力。另一方面，在纸病辨识时通常会先将纸病区域提取出来，减少数据处理量，然后对其纸病种类进行辨识。所以当前的状况是前端相机采集时产生了大量的无用的纸张背景信息数据。针对造纸生产线上纸病检测过程中用CCD相机产生的纸张图像数据量大的问题，亟需提出一种直接实现纸病区域数据分离和传输的新型相机。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种具有缺陷图像分割功能的工业相机。
[0004]为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:
[0005]该工业相机包括线阵图像传感器、控制与处理模块、A/D转换模块以及窗口比较器，所述控制与处理模块分别与线阵图像传感器、A/D转换模块以及窗口比较器相连，所述线阵图像传感器分别与窗口比较器以及A/D转换模块相连。
[0006]所述工业相机还包括与所述控制与处理模块相连的窗口比较器开关按钮。
[0007]所述工业相机还包括与所述控制与处理模块相连的PC机。
[0008]所述PC机与所述控制与处理模块采用Camlink总线进行数据传输。
[0009]所述线阵图像传感器为(XD传感器。
[0010]所述工业相机还包括(XD驱动电路，(XD驱动电路与所述控制与处理模块相连。[0011 ] 所述工业相机还包括与所述控制与处理模块相连的SSRAM。
[0012]所述控制与处理模块采用FPGA主控芯片。
[0013]本实用新型的有益效果体现在:
[0014]本实用新型在传统相机结构的基础上增加了窗口比较器，通过设定的阈值可以分离出纸张的背景区域和纸病区域，便可由控制与处理模块有选择地控制A/D转换模块的工作，只对符合采样条件的图像点进行A/D转换，实现缺陷分割，并只将纸病区域数据输出，减少数据量的同时又不损失有效信息，加快系统的处理速度。
[0015]本实用新型进一步增加了开关按钮以控制窗口比较器的接入与断开，实现功能切换，接入窗口比较器，相机具有纸病区域图像采集与分割功能，而断开窗口比较器的相机与传统相机功能完全相同，这样的结构有利于对传统相机的扩展。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的整体结构框图；
[0017]图中:C⑶传感器产生图像信息，FPGA作为主控芯片，CPLD模块产生C⑶驱动电路时钟，窗口比较器确定感兴趣点，A/D转换模块对图像点进行量化。Camlink总线用于FPGA和PC间的数据传输，SSRAM用作数据缓存；a为按钮K产生的开关量，b为下阈值，c为上阈值，d为窗口比较器输出。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
[0019]在一幅包含纸病的纸张图像中，如果相机在采集时对所有的纸张信息进行采样转换，势必会产生大量非感兴趣的纸张背景数据，造成设备利用率不高。
[0020]针对以上问题，本实用新型在传统的相机结构上进行改进，如图1所示，在传统线阵相机结构基础上，增加与FPGA控制与处理模块相连的窗口比较器(通常包括电压比较器、稳压限幅电路等部分)和开关按钮。窗口比较器设置两个电压阈值，分别对应于纸张图像背景区域的波动范围，其输出结果用于FPGA控制与处理模块对A/D转换模块的控制，仅对超出阈值范围的图像点进行采样，采样结果送入FPGA控制与处理模块，PC机用于将每次行采样的图像(通过与FPGA控制与处理模块进行数据通信获得)合成为一张完整的纸病图像。开关按钮控制相机是否接入窗口比较器。
[0021]由于CCD传感器具有高解析度、动态范围广、大面积感光、良好的线性特性曲线、低影响失真、低耗电力等优点，采用CCD传感器作为图像获取硬件。FPGA作为主控芯片，控制CPLD模块产生CCD驱动电路的时钟。工作过程中，CCD传感器进行图像的采集，采集的模拟量与一个窗口比较器进行比较，比较结果送入FPGA控制与处理模块中，FPGA控制与处理模块以此控制A/D转换模块是否对对应图像点进行转换。由于该相机直接针对纸病区域进行采集，利用硬件完成了对图像的分割，缩短了后续的处理时间，提高了设备的利用率。
[0022]通过研究各种纸病图像灰度值分布的特点，可以找到纸病图像背景灰度值波动的电压范围，记为下阈值b和上阈值c。阈值b和c作为窗口比较器的参考端，通过FPGA控制与处理模块进行设置。经过放大和滤波后的图像模拟量和窗口比较器进行比较，通过窗口比较器将在b和c阈值之外的模拟量信息送入FPGA控制与处理模块中。
[0023]FPGA控制对(XD传感器的采样方式为行采样，在相机工作过程中记录每一行中符合采样条件的点的起始采样坐标和个数，组成一个信息粒，并将其缓存入SSRAM中。利用FPGA芯片的并行处理的优势，在采样的同时控制SSRAM，通过Camlink相机传输标准总线将数据送到PC中。PC机通过每个采样点的坐标和采样点个数计算出每行纸病的起始点位置和结束点位置，然后对多个信息粒进行拼接，恢复出所需的纸病图像。
[0024]为了增强本实用新型的使用灵活性，设计了开关按钮用于控制窗口比较器的接入与断开。接入窗口比较器后的相机可以实现有选择的采样，没有接入窗口比较器的相机则和传统的相机具有相同的功能，方便用户进行功能选择。
[0025]在实际的造纸生产线上，纸病区域只占纸张图像的很小的一部分，这决定了本实用新型的使用将大大减少相机的输出数据量，具有很强的实用性。为了加强本实用新型的鲁棒性，降低噪声对是否进行采样的干扰，可设计FPGA对符合采样条件的值进行计数，若有连续η个点符合采样条件，才控制A/D转换模块工作，否则认为是噪声。
[0026]另外，本实用新型中的相机参数b、c和η都可以根据实际环境进行动态调整，能满足用户的不同的要求。
【主权项】
1.一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，其特征在于:该工业相机包括线阵图像传感器、控制与处理模块、A/D转换模块以及窗口比较器，所述控制与处理模块分别与线阵图像传感器、A/D转换模块以及窗口比较器相连，所述线阵图像传感器分别与窗口比较器以及A/D转换模块相连。2.根据权利要求1所述一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，其特征在于:所述工业相机还包括与所述控制与处理模块相连的窗口比较器开关按钮。3.根据权利要求1所述一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，其特征在于:所述工业相机还包括与所述控制与处理模块相连的PC机。4.根据权利要求3所述一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，其特征在于:所述PC机与所述控制与处理模块采用Camlink总线进行数据传输。5.根据权利要求1所述一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，其特征在于:所述线阵图像传感器为C⑶传感器。6.根据权利要求5所述一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，其特征在于:所述工业相机还包括(XD驱动电路，(XD驱动电路与所述控制与处理模块相连。7.根据权利要求1所述一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，其特征在于:所述工业相机还包括与所述控制与处理模块相连的SSRAM。8.根据权利要求1所述一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，其特征在于:所述控制与处理模块采用FPGA主控芯片。
【专利摘要】本实用新型在传统线阵相机结构的基础上，提出一种具有缺陷图像分割功能的工业相机，可直接提取纸病区域，以减少传输数据量。在改进的相机结构中，增加了比较器单元和一个开关按钮。比较器单元通过设定阈值，对符合条件的图像点进行采样。开关按钮控制比较器的接入与断开，便于用户进行功能选择。工作过程中，CCD传感器进行图像的采集，采集的模拟量与一个窗口比较器进行比较，比较结果送入主控FPGA中，FPGA以此控制A/D转换模块是否对该点进行转换。由于该相机直接针对纸病区域进行采集，利用硬件完成了对图像的分割，缩短了后续的处理时间，提高了设备的利用率。
【IPC分类】H04N5/232, H04N5/225
【公开号】CN205142340
【申请号】CN201520804719
【发明人】周强, 王志强, 杨贵琳, 齐璐, 吴祎, 杜晞盟, 胡江涛, 陈颖
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年10月16日