一种近距离或接触式高速图像采集系统的制作方法

本发明涉及图像采集领域，具体的涉及一种近距离或接触式高速采集系统。

背景技术：

随着国内工业自动化生产线的普及，自动化生产线对图像采集的需求在不断提升，因此需要一种较好的图像采集系统。并且，随着自动化生产线速度的不断提升，需要对所生产产品的高速图像采集，同时随着自动化生产线设备的精密化和小型化，自动化生产线设备上已没有太多空间安装如照相机一类的需要一段采集距离的图像采集系统，因此研制开发一种近距离或接触式高速图像采集系统显得非常有意义。

技术实现要素：

本实发明提供一种近距离或接触式高速图像采集系统，能够有效的解决自动化生产线需要高速采集产品图像信息，以及自动化生产线无足够空间安装照相机等采集设备等问题。

本发明是这样实现的，包括cis传感器、位置移动传感器、fpga模块以及arm模块，所述位置移动传感器和cis传感器分别与fpga模块相连接，位置移动传感器向fpga模块提供位置移动方波信号，所述fpga模块控制cis传感器完成数据图像的同步采集，所述arm模块一端连接fpga模块，另一端通过以太网与上位机连接，所述fpga模块与arm模块之间建立gpmc并行数据传输通道。

本发明中fpga模块中包含多个子模块，通过各个子模块可完成图像数据的同步采集，图像数据的压缩与缓存，以及数据图像的发送，arm模块中也包含多个子模块，可实现对fpga模块中图像数据的读取，解压缩和缓存，以及发送，本发明能够满足自动化生产线对产品的高速近距离或接触式图像采集要求，并可通过以太网上传到上位机进行图像处理。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明的软件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或改进，均落入本发明的保护范围。

本发明包括cis传感器、位置移动传感器、fpga模块以及arm模块，所述位置移动传感器和cis传感器分别与fpga模块相连接，位置移动传感器向fpga模块提供位置移动方波信号，所述fpga模块控制cis传感器完成数据图像的同步采集，所述arm模块一端连接fpga模块，另一端通过以太网与上位机连接，所述fpga模块与arm模块之间建立gpmc并行数据传输通道。

所述fpga模块包括数据采集子模块、图像数据压缩子模块、图像数据缓存控制子模块以及gpmc数据发送模块，所述数据采集子模块接收位置移动传感器发送的方波信号和cis传感器传来的电信号并完成ad图像数据采集以及发送同步时钟和同步操作信号，所述图像数据压缩子模块将数据采集子模块接收的图像数据进行压缩，并将压缩后的图像数据在图像数据缓存控制子模块中进行缓存，所述gpmc数据发送模块发送图像数据缓存控制子模块中压缩后的图像数据。

所述arm模块包括gpmc数据接收模块、图像数据解压缩子模块、ping-pong数据通信子模块以及io控制子模块，所述io控制子模块用于接收fpga模块中发出的数据准备就绪io信号，向fpga模块发送工作模式命令以及接收上位机发出的io控制命令，所述gpmc数据接收模块用于完成对fpga模块中图像数据的读取，所述图像数据解压缩子模块将gpmc数据接收模块所读取到的图像数据进行解压，解压后的图像数据缓存在ping-pong数据通信子模块中，所述ping-pong数据通信子模块将所述缓存的图像数据通过以太网上传至上位机。

所述fpga模块至少连接两个cis传感器，每个cis传感器长度为12～13cm。

所述fpga模块通过接收位置移动传感器的方波信号来控制cis传感器完成图像的扫描，一个方波的上升沿控制cis传感器完成一次扫描。

所述cis传感器提供六路输出电压值至fpga模块。

所述gpmc数据发送模块和gpmc数据收集模块之间采用并行数据总线方式实现采集数据的传输。

实施例1

cis高速图像采集系统，本发明运用于阿李自动化为atl提供的电池绿胶检测系统中，检测系统需要对电池绿胶进行双面近距离扫描，电池绿胶的运行速度根据胶带的类型有所不同，最快为每秒0.5米。电池绿胶检测系统通过在胶带下方安装运行编码器以产生扫描方波，触发cis高速图像采集系统完成同步图像采集。高速图像采集系统能够很好完成胶带的图像采集，采集图像的分辨率为300dpi，为pc端的图像检测软件提供清晰的采集图像。

cis高速图像采集系统的使用为电池绿胶的生产提供了可靠性保障，以前的生产线对绿胶不进行检测，生产出的电池产品在胶带质量方面不能得到100％的保证，自从三星note7出现电池爆炸后atl提出了对电池绿胶也要进行检测的要求。

实施例2

智能小区服务器系统，本发明运用于昆明阳光花园小区物业管理中，使用本系统为物业公司节约了电费管理平台计算机一台、水费管理平台计算机一台、门禁管理平台计算机一台和视屏监控管理平台计算机一台，及各平台操作管理人员共3人，本系统为物业公司年节约大约20万的年支出。同时使用本系统后电费管理、水费管理、门禁管理和视屏监控管理可以使用同一个网络通讯线路或无线网络通讯，这样对大型小区节约了大量的布线硬件资源。

本发明的工作原理和工作过程

如图1所示，本发明在fpga模块上实现cis传感器的控制，cis传感器图像数据接收，以及图像数据的压缩、缓存、发送，在arm上实现图像数据的读取，解压、缓存，以及与上位机的通信。如图1所示，高速图像采集系统连接两个cis传感器，每个cis传感器长度为12厘米，cis传感器的单色行扫描时间为40微秒，三色扫描时间为120微秒，每个cis传感器提供6路输出数据电压值至fpga控制器，fpga控制器向两个传感器提供同步时钟和操作信号。fpga控制器采集位置移动传感器提供的方波信号，当每个方波的上升沿到达时控制传感器完成三色线扫描，并完成ad图像数据采集。当图像数据采集到达50k字节时，fpga控制器对50k数据进行图像数据压缩，然后fpga控制器控制数据就绪io信号通知arm控制器进行图像数据读取。

arm控制器设置数据就绪io信号为外部中断源，当接收到数据就绪外部中断时，中断程序触发arm控制器中的dma组件读取arm控制器中的gpmc组件映射内存空间，从而触发gpmc组件完成对fpga控制器设的数据读取操作。当图像数据读取完成后，arm控制对图像数据进行数据解压并提交ping-pong控制流程处理。ping-pong控制流程提供数据发送至环形缓存，当环形缓存中有数据需要发送时，ping-pong控制流程操作网络通讯控制流程对数据块进行分割打包并实现数据的异步发送。具体的工作过程如图2所示：

位移传感器通过被测试物体的移动速度的快慢产生不同频率的方波信号，高速图像采集系统在每个方波的上升沿控制cis传感器完成一次线扫描，高速图像采集系统在规定时间内没有接收方波信号就认为一次采集任务结束。

高速图像采集系统使用多cis传感器并行采集，由高速图像采集系统fpga主控制器发送同步采集时钟信号和同步采集操作信号，实现多cis传感器并行同步采集。cis传感器的线扫描速度很大程度上由扫描设备的扫描长度决定，在相同扫描长度的情况下，由多个短长度cis传感器并行实现的扫描速度比由一个长cis传感器实现的扫描速度快很多。

cis传感器使用多路并行采集数据电压输出实现采集数据的高速输出。cis传感器在完成一行线扫描后必须要等当前行采集数据传输完成后才能进行下一行线扫描，所以使用并行采集数据输出可以提高传感器的线扫描速度。

高速图像采集系统fpga主控制器与图像采集系统数据发送arm主控制器通过gpmc并行数据总线方式实现采集数据的传输。高速图像数据采集的数据量为1秒44兆字节，使用传统的数据传输接口(例如i2c、spi、uart等)在控制期间实现传输已经不能满足数据传输的要求，所以采用gpmc并行数据总线方式实现采集数据的传输，gpmc的传输速率可以达到1秒100兆字节。

高速图像采集系统数据发送arm主控制器使用gpmc组件和edma组件实现对高速图像采集数据的接收。arm主控制器在需要进行数据传输时设置edma组件，使用edma组件完成数据从gpmc空间至ram空间的数据搬运。使用edma组件可以使arm主控制器的cpu进行数据发送操作而不用参与到数据搬运过程，从而提高图像采集系统的数据传输率。

高速图像采集系统arm主控制器使用千兆以太网完成对高速采集数据的发送。如果使用传统的百兆以太网，每秒的传输速率为12兆字节，远远不能满足高速图像数据采集的每秒44兆字节的传输速率。使用千兆以太网理论传输速率为每秒120兆字节，在实际应用中除去网络数据帧头数据量和系统延时，有效传输的数据速率大约为每秒95兆字节，可以很好的满足图像采集板卡的数据发送需求。

高速图像采集系统arm主控制器使用ping-pong发送环形缓存实现高速采集数据储存和高速采集数据发送的异步，以提高高速图像采集系统的数据上传速度。