专利名称：一种图像采集系统和图像采集设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业检测领域，特别涉及一种图像采集系统和图像采集设备。
背景技术：
目前印刷检测领域，大多数的图像检测解决方案都是基于PC ( Personal Computer,个人电脑)，采用"摄像机+采集卡"的系统模式，目前图像检测系 统主要包括摄像机、采集卡和PC,其中，釆集卡内置在PC中，用于将摄像 机输出的图像采集到PC内存或硬盘，通过PC对图像进行处理。
在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下缺点
1) 目前大多数摄像机的接口为Cameralink或者LVDS (Low Voltage Differential Signal ,低电压差分信号)接口，传输距离小于15m,不利于工业 现场的布线；如果要加长传输距离，就要通过光纤或中继转换，这样在加大传 输距离的同时就会增加成本。
2) 现有技术中图像处理均由PC完成，并且由于印刷检测领域一般都需要 实时的图像处理，PC的负担很大，如果PC配置不够，会造成图像处理速度緩 慢，达不到技术要求，所以对PC的配置要求很高。
3) 现有技术中如果系统需要增加摄^4几数量，相应的就要增加采集卡的数 量，而可扩展的采集卡数量受限于PC的PCI (Peripheral Component Interconnect ,外围组件互联)或PCI-E (PCI Express,高速外围组件互联)插 槽数量；如果通过多个PC协同处理，那么多PC之间的数据交互是个问题。
实用新型内容
为了提高传输距离、减轻PC的负担和降低对PC的配置要求，本实用新型 提供了 一种图像采集系统和图像采集设备。所述技术方案如下
一方面，本实用新型提供了一种图像釆集系统，包括N个图像获取设备、M个处理机，所述N大于等于1、所述M大于等于l,还包括图像采集设备；
所述图像采集设备与所述N个图像获取设备和所述M个处理机相连；
所述图像采集设备，用于接收所述N个图像获取设备输入的图像信号，并 将所述图像信号转换为单端处理信号，对所述单端处理信号进行处理，得到处 理结果，并将所述处理结果通过千兆网输入到所述M个处理才几。
另一方面，本实用新型提供了一种图像采集设备，所述图像采集设备包括 N个图像输入模块、图像处理模块和M个图像输出模块，所述N大于等于1、 所述M大于等于1;
所述N个图像输入模块分别与所述N个图像获取设备相连；
所述图像处理模块与所述N个图像输入模块、所述M个图像输出模块相连；
所述M个图像输出模块分别与所述M个处理机相连；
所述图像输入模块，用于接收所述图像获取设备输入的图像信号，并将所 述图像信号转换为单端处理信号输入所述图像处理模块；
所述图像处理模块，用于接收并对所述图像输入模块输入的单端处理信号 进行处理，得到处理结果，将所述处理结果输入所述图像输出模块；
所述图像输出模块，用于接收并将所述图像处理模块输入的处理结果，通 过千兆网输入到所述处理机。
本实用新型提供的技术方案
通过图像采集设备采用千兆网的传输方式，提高了传输距离，可以实现远 程控制图像采集设备。通过图像采集设备可以完成很多的图像处理功能，处理 机可以只负责采集数据或者进行少量的图像处理，减轻了处理机的负担，降低 了对处理机配置的要求。可以同时采集多个图像，满足了多视点检测的需求， 并且多个图像数据需要交互处理时，可以方便地在图像釆集设备里面实现，不 需要多个处理机之间进行数据交互，提升了系统可靠性，简化了系统设计。在 图像采集设备中可以集成一些基本的图像处理功能以及用户根据实际需求定制 的特定的图像处理功能，可以满足不同用户需求，实用性强。
图l是本实用新型实施例i提供的一种图像采集系统的结构示意图； 图2是本实用新型实施例i提供的一种图像输入模块的结构示意图；图3是本实用新型实施例1提供的一种图像处理模块的结构示意图； 图4是本实用新型实施例2提供的一种图像采集设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本 实用新型实施方式作进一步地详细描述。 实施例1
参见图1,本实用新型实施例提供了一种图像采集系统，包括N(N大于 等于1 )个图像获取设备10、图像采集设备20和M (M大于等于1 )个处理 机30。
图像采集设备20与N个图像获取设备10、 M个处理机30相连。
其中，图像获取设备10,用于采集图像，并将采集到的图像转换为图像信 号输入图像采集设备20。
图像获取设备10可以是摄像机等可以获取图像的设备，例如线阵相机、 面阵相机等。并且可以根据实际情况设置相应个数的图像获取设备10。本实施 例中，图像获取设备10为Cameralink相机或LVDS相机，所以相应的图像信号 为Cameralink形式或者LVDS形式的差分数据信号。
其中，图像采集设备20,用于接收N个图像获取设备10输入的图像信号， 并将图像信号转换为单端处理信号，对单端处理信号进行处理，得到处理结果， 并将处理结果通过千兆网输入到M个处理机30。
需要说明的是，因为图像信号不能够被后续的图像处理模块102处理，所 以将其转换为单端处理信号，以便被后续的图像处理模块102处理；对单端处 理信号进行处理，可以包括一些基本的处理，如图像校正、边缘增强、降噪滤 波等，还可以包括用户根据实际需求定制的特定处理，如目标轮廓检测、色 彩空间变换、模式识别等，上述各种处理功能可以预先集成在图像采集设备20 中；从而处理结果可以是4艮据实际的处理得到的相应的处理结果。
另外，需要说明的是，实际应用中图像采集设备20与图像获取设备IO之 间的信号相互交互，图像采集设备20还用于向图像获取设备IO发送控制信号， 相应地图像获取设备10还用于接收图像采集设备20发送的控制信号。
图像采集设备20包括N个图像输入模块101 、图像处理模块102和M个图像输出模块103。
N个图像输入才莫块101分别与N个图像获取设备10相连。
N个图像输入冲莫块101与N个图像获取设备10——对应，每一个图^f象输入 模块101与每一个图像获取设备IO相连。
图像输入模块101,用于接收图像获取设备IO输入的图像信号，并将图像 信号转换为单端处理信号输入图像处理模块102。
需要说明的是，由于N个图像输入模块101与N个图像获取设备10是一 一对应的关系，所以每个图像输入模块101接收的是与其对应的图像获取设备 IO输入的图像信号；并且N个图像输入模块101的结构完全一样。本实施例中 是将Cameralink形式或者LVDS形式的差分数据信号转换成单端的LVTTL( Low Voltage Transistor Transistor Logic , ^氐压晶体管陽晶体管還4辱) <言号。
参见图2，图像输入模块101包括相机接口连接器101a、处理电路连接 器101b、转换芯片101c、接口芯片101d。
需要说明的是，实际应用中图像采集设备20还需要与外部设备(如滚轴编 码器、设备开关等)进行通信，所以图像输入模块101还包括IO接口连接器 101e、高速光耦输入才莫块101f和高速光耦输出才莫块101g。
相机接口连接器101a与图像获取设备10、转换芯片101c的输入端、接口 芯片101d的输出端相连。
相机接口连接器101a是图像采集设备20用来连接图像获取设备10的，如 果要连接的图像获取设备10是Cameralink相机，相机接口连接器101a和相关 的信号可以根据Cameralink协议标准来选择；如果要连接的图像获取设备10是 LVDS相机，因为国际上没有相关标准，所以相机接口连接器101a和相关的信 号可以自己定义。本实例中选用的相机接口连接器101a为带有螺丝孔固定的， 这样可以防止连接线脱落。
处理电路连接器101b与转换芯片101c的输出端、接口芯片101d的输入端、 高速光耦输入模块101f的输出端、高速光耦输出模块101g的输入端、图像处理 模块102相连。
转换芯片101c,分别与相机接口连接器101a和处理电路连接器101b相连, 用于通过相机接口连接器101a接收图像获取设备10输入的图像信号，并将图 像信号转换为单端处理信号通过处理电路连接器101b输入图^^处理模块102。本实施例中具体是将Cameralink形式或者LVDS形式的差分数据信号转换 成单端的LVTTL信号，所以转换芯片101c具体为Cameralink转换芯片或LVDS 转换芯片
接口芯片101d,分别与相机接口连接器101a和处理电^各连接器101b相连， 用于通过处理电路连接器101b接收图像处理模块102的控制信号，并将控制信 号转换成图像信号，通过相机接口连接器101a输入图像获取设备10。
需要说明的是，图像获取设备10需要接收来自图像处理模块102的控制信 号，如曝光信号，触发控制信号等，而图像获取设备10只可以接收LVDS形式 的差分数据信号，所以需要通过接口芯片101d进行转换。本实例中具体是将控 制信号转换成LVDS形式的差分数据信号，所以接口芯片101d具体为LVDS接 口芯片。
另外，需要说明的是，实际应用中可以根据具体的信号，选择相应的转换 芯片101c和接口芯片101d,例如图像获取设备IO输出的图像信号为模拟信 号，相应地需要将模拟信号转换为数字信号，那么转换芯片101c选择为可以将 模拟信号转换为数字信号的芯片，接口芯片101d选择为可以将数字信号转换为 模拟信号的芯片。
IO接口连接器lOle与高速光耦输入模块lOlf的输入端、高速光耦输出模 块101g的输出端相连。
IO接口连接器101e是与外部设备进行通信、控制的接口，本实施例中选用 的IO接口连接器101e为44孔的D型头。
高速光耦输入模块101f，分别与IO接口连接器101e和处理电路连接器101b 相连，用于对外部设备输入的信号进行电气隔离。
需要说明的是，图像采集设备20—般的应用环境是工业现场，而来自外部 设备的信号的干扰会很严重，并且很有可能会损害图像采集设备20,所以需要 釆用相应的电路来进行隔离。本实施例通过高速光耦输入4莫块101f对外部设备 的输入信号进行电气隔离，防止外部设备的信号的干扰，保护内部电路。
高速光耦输出模块101g，分别与IO接口连接器101e和处理电路连接器101b 相连，用于对图像处理模块102通过处理电路连接器101b向外部设备发送的控 制信号，进行电气隔离。
需要说明的是，图像采集设备20除了要接收来自外部设备的信号，同时还需要向外部设备发出控制信号，也需要对控制信号进行电气隔离，以防止外部 设备的干扰通过的控制信号影响到内部电路的正常工作。
图像处理模块102,与N个图像输入模块101、M个图像输出模块103相连， 用于接收并对图像输入模块101输入的单端处理信号进行处理，得到处理结果， 将处理结果输入图像输出模块103。
需要说明的是，图像处理模块102可以同时接收N个图像输入模块101输 入的N个单端处理信号，并分别对各个单端处理信号进行处理，得到相应的处 理结果，然后将各个处理结果分别输入到M个图像输出模块103中相应的图像 输出模块103中。另外当N个图像输入模块101输入的N个单端处理信号之间 需要交互处理时，可以通过图像处理;漠块102实现交互处理。
参见图3，图像处理模块102包括FPGA( Field-Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列)102a和存储器102b。
FPGA102a与存储器102b相连。
FPGA102a，用于接收并对图像输入模块101的单端处理信号进行处理，得 到处理结果。
对单端处理信号进行处理，可以包括一些基本的处理，如图像校正、边缘 增强、降噪滤波等，还可以包括用户根据实际需求定制的特定处理，如目标 轮廓检测、色彩空间变换、模式识别等，上述各种处理功能可以预先集成在 FPGA102a中；从而处理结果可以是根据实际的处理得到的相应的处理结果。
存储器102b，用于辅助FPGA完成对图像输入模块101的单端处理信号进
行处理，可以对处理的中间结果进行緩存。
根据实际的系统需求，存储器102b具体可以为SSRAM( Synchronous Static Random Access Memory,同步静态随冲几存储器)、NOR FLASH (NOR Gate Flash Memory, 闪存)、SDR SDRAM ( Single Date Rate Synchronous Dynamic Random Access Memroy ，单倍速动态随机存储器)和DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory,双倍速动态随才几存储器)中 的任意一种或任意几个的组合。SSRAM是同步静态随机存储器，相对于ASRAM (Asynchronous SRAM,异步静态随机存储器)或者SDRAM (动态随机存储器) 来说，SSRAM具有读取速度快，随机读取方便的特点，可以用在查找表处理、 图像校正、图像高速存储等场合。NOR Flash是一种非易失性的存储介质，掉电 后存储的内容不会丢失；NORFlash接口简单，存储信息出错率低，可以用来存 储一些系统的关键性质的参数，比如系统ID、查找表参数、用户参数以及系统 初始化参数等；系统上电后，FPGA从NOR Flash里面读取参数，作为系统的工作参数。SDRSDRAM是皁倍速的动态隨机存储器，相对于SRAM或者SSRAM, SDRAM可以实现大容量的存储，可以作为图像的缓存，也可以作为图像处理的 内存，可以存储多幅图像。DDR SDRAM是双倍速的动态随机存储器，相对于 SDRSDRAM， DDR SDRAM可以实现更为高速图像的存储，适合用在图像帧 率较高的场合。
M个图像输出才莫块103分别与M个处理机30相连。
M个图像输出模块103与M个处理机30——对应，每一个图像输出冲莫块 103与每一个处理才几30相连。
图像输出模块103，用于将图像处理模块102输出的处理结果，通过千兆网 输入到处理才几30。
需要说明的是，由于M个图像输出模块103与M个处理机30是——对应 的关系，所以每个图像输出模块103将处理结果输入到与其对应的处理机30; 本实施例中图像输出模块103为千兆网输出接口，通过千兆网将处理结果输入 到处理机30,通过普通的网线就可以传输100米，提高了传输距离，并且传输 速率很高，而且通过交换机就可以进一步地增加传输距离，成本很低。
另外需要说明的是，M个图像输出模块103输出的内容可以相同也可以不 同，例如对于造纸等行业，由于工业现场的环境潮湿、噪声大，人工观测相机 采集图像的结果会距离现场很远，这时就可以选取2个图像输出模块103通过2 路千兆网输出， 一路送到现场的处理机30,另一路送到控制室的处理机30，供 工作人员实时观测图像检测的结果。例如在高速印刷检测领域，采集的图像速 率和分辨率很高，并且需要检测的内容很多，如果只使用一个处理机30,则很
难完成任务，这时可以选取多个图像输出模块103通过多个千兆网输出到多个 处理机30，每个图像输出模块103输出图像的一部分，相应的每个处理机30处 理图像的一部分，各个处理机30分工处理。另外还可以根据实际情况，将处理 结果以及原始图像分别通过千兆网输出。实际应用中可以根据需要灵活设计。 其中，处理机30,用于接收图像输出模块103输入的处理结果。 处理机30可以是PC或与PC类似设备。处理机30使用普通的千兆网卡即 即可接收处理结果，无需专用的采集卡。处理机30还以根据实际情况，对处理 结果进行进一步的处理。
本实用新型实施例所述的图像采集系统，采用千兆网的传输方式，提高了 传输距离，可以实现远程控制图像采集设备；并且需要进一步提高传输距离时， 通过交换机就可以实现，成本很低。通过图像采集设备可以完成很多的图像处理功能，处理机可以只负责采集数据或者进行少量的图像处理，降低了对处理 机配置的要求。可以同时采集多个图像，满足了多一见点4全测的需求，并且多个 图像数据需要交互处理时，可以方便地在图像采集设备里面实现，不需要多个 处理机之间进行数据交互，提升了系统可靠性，筒化了系统设计。在图像采集 设备中可以集成一些基本的图像处理功能以及用户根据实际需求定制的特定的 图像处理功能，可以满足不同用户需求，实用性强。
实施例2
参见图4,本实用新型实施例提供了一种图像采集设备，该图像采集设备 40包括N (N大于等于1 )个图像输入模块201、图像处理模块202和M (M 大于等于1 )个图像输出模块203;
N个图像输入模块201分别与N个图像获取设备相连；
图像处理模块202与N个图像输入模块201 、 M个图像输出模块203相连；
M个图像输出才莫块203分别与M个处理机相连；
图像输入模块201，用于接收图像获取设备输入的图像信号，并将图像信号 转换为单端处理信号输入图像处理模块202;
图像处理模块202,用于接收并对图像输入模块201输入的单端处理信号进 行处理，得到处理结果，将处理结果输入图像输出模块203;
图像输出模块203,用于接收并将图像处理模块202输出的处理结果，通过
千兆网输入到处理机。
其中，图像输入模块201包括相机接口连接器、处理电路连接器、转换 芯片和接口芯片；
相机接口连接器与图像获取设备、转换芯片的输入端口、接口芯片的输出 端口相连；
处理电路连接器与转换芯片的输出端口、接口芯片的输入端口、图像处理 模块相连。其中，图像输入模块201还包括IO接口连接器、高速光耦输入模 块和高速光耦输出模块；
处理电路连接器还与高速光耦输入模块的输出端口 、高速光耦输出模块的 输入端口相连；
10接口连接器与高速光耦输入模块的输入端口 、高速光耦输出模块的输出
12端口相连。
其中，图像处理模块202包括现场可编程门阵列和存储器；
现场可编程门阵列与存储器相连。
其中，图像输出模块203为千兆网输出接口。
本实用新型实施例所述的图像采集设备，采用千兆网的传输方式，提高了 传输距离，可以实现远程控制图像采集设备。可以完成很多的图像处理功能， 处理机可以只负责釆集数据或者进行少量的图像处理，降低了对处理机配置的 要求。可以同时釆集多个图像，满足了多视点检测的需求，并且多个图像数据 需要交互处理时，可以方便地在图像采集设备里面实现，不需要多个处理机之 间进行数据交互，提升了系统可靠性，简化了系统设计。可以集成一些基本的 图像处理功能以及用户根据实际需求定制的特定的图像处理功能，可以满足不 同用户需求，实用性强。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在 本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种图像采集系统，包括N个图像获取设备、M个处理机，所述N大于等于1、所述M大于等于1，其特征在于，还包括图像采集设备；所述图像采集设备与所述N个图像获取设备、所述M个处理机相连；所述图像采集设备，用于接收所述N个图像获取设备输入的图像信号，并将所述图像信号转换为单端处理信号，对所述单端处理信号进行处理，得到处理结果，并将所述处理结果通过千兆网输入到所述M个处理机。
2、 如权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于，所述图像采集设备包 括N个图像输入模块、图像处理模块和M个图像输出模块；所述N个图像输入模块分别与所述N个图像获取设备相连；所述图像处理模块与所述N个图像输入模块、所述M个图像输出模块相连；所述M个图像输出模块分别与所述M个处理机相连；所述图像输入模块，用于接收所述图像获取设备输入的图像信号，并将所 述图像信号转换为单端处理信号输入所述图像处理模块；所述图像处理模块，用于接收并对所述图像输入模块输入的单端处理信号 进行处理，得到处理结果，将所述处理结果输入所述图像输出模块；所述图像输出模块，用于接收并将所述图像处理模块输入的处理结果，通 过千兆网输入到所述处理才几。
3、 如权利要求2所述的图像采集系统，其特征在于，所述图像输入模块包 括相机接口连接器、处理电路连接器、转换芯片和接口芯片；所述相机接口连接器与所述图像获取设备、所述转换芯片的输入端口、所 述接口芯片的输出端口相连；所述处理电路连接器与所述转换芯片的输出端口 、所述接口芯片的输入端 口、所述图像处理模块相连。
4、 如权利要求3所述的图像采集系统，其特征在于，所述图像输入模块还 包括IO接口连接器、高速光耦输入模块和高速光耦输出模块；所述处理电路连接器还与所述高速光耦输入模块的输出端口 、所述高速光 耦输出模块的输入端口相连；所述IO接口连接器与所述高速光耦输入^f莫块的输入端口 、所述高速光耦输 出模块的输出端口相连。
5、 如权利要求2所述的图像采集系统，其特征在于，所述图像处理模块包 括现场可编程门阵列和存储器；所述现场可编程门阵列与所述存储器相连。
6、 如权利要求2所述的图像采集系统，其特征在于，所述图像输出模块为 千兆网输出接口。
7、 一种图像采集设备，其特征在于，包括N个图像输入模块、图像处理 模块和M个图像输出模块，所述N大于等于1、所述M大于等于1;所述N个图像输入模块分别与所述N个图像获取设备相连； 所述图像处理模块与所述N个图像输入模块、所述M个图像输出模块相连；所述M个图像输出模块分别与所述M个处理机相连；所述图像输入模块，用于接收所述图像获取设备输入的图像信号，并将所 述图像信号转换为单端处理信号输入所述图像处理模块；所述图像处理模块，用于接收并对所述图像输入模块输入的单端处理信号 进行处理，得到处理结果，将所述处理结果输入所述图像输出模块；所述图像输出模块，用于接收并将所述图像处理模块输入的处理结果，通 过千兆网输入到所述处理机。
8、 如权利要求7所述的图像采集设备，其特征在于，所述图像输入模块包 括相机接口连接器、处理电路连接器、转换芯片和接口芯片；所述相机接口连接器与所述图像获取设备、所述转换芯片的输入端口、所 述接口芯片的输出端口相连；所述处理电路连接器与所述转换芯片的输出端口 、所述接口芯片的输入端口、所述图像处理模块相连。
9、 如权利要求8所述的图像采集设备，其特征在于，所述图像输入模块还 包括IO接口连接器、高速光耦输入模块和高速光耦输出模块；所述处理电路连接器还与所述高速光耦输入模块的输出端口 、所述高速光 耦输出模块的输入端口相连；所述IO接口连接器与所述高速光耦输入模块的输入端口 、所述高速光耦输 出模块的输出端口相连。
10、 如权利要求7所述的图像采集设备，其特征在于，所述图像处理模块 包括现场可编程门阵列和存储器；所述现场可编程门阵列与所述存储器相连。
11、 如权利要求7所述的图像采集设备，其特征在于，所述图像输出模块 为千兆网输出接口。
专利摘要本实用新型公开了一种图像采集系统和图像采集设备，属于工业检测领域。所述图像采集系统包括N个图像获取设备、M个处理机，还包括图像采集设备。所述图像采集设备包括N个图像输入模块、图像处理模块和M个图像输出模块。本实用新型通过图像采集设备采用千兆网的传输方式，提高了传输距离，可以实现远程控制图像采集设备。通过图像采集设备可以完成很多的图像处理功能，处理机可以只负责采集数据或者进行少量的图像处理，减轻了处理机的负担，降低了对处理机配置的要求。
文档编号H04N5/225GK201369796SQ20092010572
公开日2009年12月23日 申请日期2009年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者叶建军, 欧阳骏, 林 汪, 沈华东, 金剑光 申请人:北京微视新纪元科技有限公司