基于fpga的线阵ccd成像系统的图像实时校正输出方法
【专利摘要】本发明公开基于FPGA的线阵CCD成像系统的图像实时校正输出方法，包括：(1)PC主机向FPGA主控芯片发送扫描指令；(2)FPGA主控芯片控制CCD传感器点亮，并控制CCD传动模块控制CCD传感器采集图像；同时，FPGA主控芯片中的算法模块分别计算出两个校正参数α和β；(3)CCD传感器采集图像数据，并将其传输至模数转换器，模数转换器将模拟信号转换成数字信号，并传输到FPGA主控芯片中的算法模块进行处理；(4)算法模块计算出所有光敏单元校正后的灰度值；(5)FPGA主控芯片将各个光敏单元各自校正后的灰度值传输至PC主机进行处理，形成完整的图像后显示。本发明设计合理，处理速度快、成像精度高。
【专利说明】基于FPGA的线阵CCD成像系统的图像实时校正输出方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种图像输出方法，具体涉及的是一种基于FPGA的线阵C⑶成像系统 的图像实时校正输出方法。
【背景技术】
[0002] CCD (Charge Coupled Device)图像传感器成像方案在光电检测和图像采集中得 到了广泛的应用。由于CCD光敏元件的生产工艺导致响应度不一致，会使得扫描图像灰度 值产生非均匀变化，严重影响图像的采集质量。即便生产工艺的影响可以忽略，光照的不均 匀也会对扫描的图片产生影响，所以非常有必要对扫描图像的灰度进行校正。现有的已经 提出的方法中主要有基于上位机软件来实现校正，如有些学者提出了射线数字成像检测系 统不均匀性分析与校正和多路C⑶成像非一致性动态校正方法进行校正，但是这些方案的 运算量较大，校正耗时较长，影响了整个系统的实时性。也有使用硬件方式来实现校正的， 比如FPGA+DSP的方案，但是这种方案会使系统结构过于复杂。所以现在使用最多的方法是 使用现场可编程门阵列（FPGA)来完成图像的校正。
[0003] 然而，在现有的线阵CCD光电设备中，如：线阵CCD相机和多CCD拼接大幅面 扫描仪等，多采用扫描频率为2000行每秒的CCD器件，在大幅面采集系统中，如一张 12720X5297幅面的图片，用现有的方法实现校正耗时平均值约50ms，这样的延时不能满 足系统的要求。而在连续采图过程中如果图片的校正耗时过长，会导致整个系统的实时性 降低。虽然CCD的性能指标可以达到很高，但是一个系统的性能是由耗时最多的模块所决 定的，以多CCD大幅面扫描仪为例，虽然使用了扫描频率为2000行每秒的CCD，同时配合 DDR2 (Double Data Rate2)高速缓存来传输图像，但是图片校正耗时是提升系统的瓶颈，限 制着系统整体指标的提高，而且当图片的尺寸变大之后，上面的问题会越来越突出。不仅 是图像扫描设备中存在上述的问题，在自动化在线检测系统中，如PCB(Printed Circuit Board)自动外观检查机等，对速度要求很高的场合也是不能接受软件校正所带入的耗时 的。
[0004] 综上所述，有必要对现有的硬件校正方法进行改进，使得输出的图像质量满足要 求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于FPGA的线阵C⑶成像系统的图像实时校正输出 方法，主要解决现有的CCD成像系统由于校正方案不佳而导致其不能快速、高精度地输出 图像的问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] 基于FPGA的线阵(XD成像系统的图像实时校正输出方法，其特征在于，包括以下 步骤：
[0008] (1)系统上电后，PC主机向FPGA主控芯片发送扫描指令；
[0009] (2)FPGA主控芯片接收指令后产生时钟信号和控制信号，并控制(XD传感器点亮， 并控制CCD传动模块按照PC主机要求的扫描模式控制CCD传感器对扫描对象进行图像采 集；同时，FPGA主控芯片中的算法模块将纯白和纯黑两种颜色作为标定点，并按照如下公 式分别计算出两个校正参数α和β :
[0010]
【权利要求】
1. 基于FPGA的线阵(XD成像系统的图像实时校正输出方法，其特征在于，包括以下步 骤： (1) 系统上电后，PC主机向FPGA主控芯片发送扫描指令； (2) FPGA主控芯片接收指令后产生时钟信号和控制信号，并控制CCD传感器点亮，并控 制CCD传动模块按照PC主机要求的扫描模式控制CCD传感器对扫描对象进行图像采集；同 时，FPGA主控芯片中的算法模块将纯白和纯黑两种颜色作为标定点，并按照如下公式分别 计算出两个校正参数α和β :
⑴ α +β = mX256 (2) 其中，W表示扫描纯白色图片的灰度值，其值为220, B表示纯黑色图片的灰度值，其值 为15, m表示一个小数点后保留三位的纯小数；α为所得数据的整数部分，B为所得数据的 小数部分； (3) CCD传感器采集扫描对象的图像数据，并将该图像数据传输至模数转换器，模数转 换器在FPGA主控芯片提供的转换时钟信号下，将CCD传感器输出的模拟信号转换成数字信 号，并传输到FPGA主控芯片中的算法模块进行处理； (4) 算法模块对第一个光敏单元采用如下公式计算其校正后的灰度值Ai :
其中，X表不CCD传感器实际米集的第一个光敏单兀的灰度值； (5) 重复步骤（4)，直至算法模块将剩余的光敏单元校正后的灰度值A全部算出； (6) FPGA主控芯片将各个光敏单元各自校正后的灰度值A传输至PC主机进行处理，得 到完整的图像，然后将图像显示。
2. 根据权利要求1所述的基于FPGA的线阵CCD成像系统的图像实时校正输出方法，其 特征在于，所述FPGA主控芯片的型号为Cyclone IV。
3. 根据权利要求1或2所述的基于FPGA的线阵CCD成像系统的图像实时校正输出方 法，其特征在于，所述步骤（2)中，所述m表示一个小数点后保留四位的纯小数。
4. 根据权利要求3所述的基于FPGA的线阵CCD成像系统的图像实时校正输出方法，其 特征在于，所述步骤（2)中，两个校正参数α和β计算得到后，FPGA主控芯片将二者存储 到与其连接的flash存储器中，在以后校正图像数据时，直接从该flash存储器中将两个参 数α和β读入到FPGA主控芯片内部的随机存取存储器中，并在传输图像数据的同时将两 个校正参数α和β输入到算法模块中。
【文档编号】H04N1/60GK104113674SQ201410325157
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】陈仕隆, 张峰, 杨雷, 赵泽东, 吕坤 申请人:宁波摩视光电科技有限公司