一种基于CMOS图像传感器的工业相机的制作方法

本发明涉及工业相机领域，特别一种基于CMOS图像传感器的工业相机。

背景技术：

随着社会工业的发展与对工业检测技术的依赖度越来越高，各式各样的工业相机越来越多地融入到工业检测和生产中，应用于工厂、实验室等代替人眼检测的场合，代替了人眼检测的视觉疲劳。给客户控制和工业检测方面带来了诸多不可替代的便利。但目前市场上工业相机分辨率低、速度慢、体积大，难以满足其行业对高清、高速图像获取的要求。当前工业相机主要是由FPGA(Field Programmable Gate Array)和MCU来实现，FPGA实现图像的采集和转换，MCU实现图像的打包和发送。采用两个独立的系统，每个系统需要单独的内存，成本高，效率低，并且输出图像数据格式单一，不利于后端图像的处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于CMOS图像传感器的工业相机。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种基于CMOS图像传感器的工业相机，包括图像采集板和主控处理板，所述图像采集板包括CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器用于短时间内快速地输出像素尺寸小质量高的RAW数据和RGB数据，所述主控处理板包括DSP图像与信号处理模块、CPU模块、DDR存储器和通讯模块，所述DSP图像与信号处理模块包括图像信号处理器和编码器，所述图像信号处理器用于对原始数据经过一系列的算法进行优化处理，所述编码器用于将优化处理过后的数据编码并生成H264协议的图像数据和MJPEG协议的图像数据，然后把图像数据存放到DDR存储器，所述CPU模块用于从DDR存储器中提取H264图像数据和MJPEG图像数据并快速打包发送至通讯模块，所述DDR存储器用于存储编码器发送过来的H264协议的图像数据和MJPEG协议的图像数据，所述通讯模块用于接收CPU模块发送过来的数据并发送至智能终端，所述CMOS图像传感器、图像信号处理器、编码器、DDR存储器、CPU模块、通讯模块依次连接。

进一步地，所述CMOS图像传感器包括CMOS逐行扫描图像传感器、内置1/4inch彩色CMOS图像传感器和内置1/3inch彩色CMOS图像传感器。

进一步地，所述图像信号处理器包括前端影像处理器和后端影像处理器。

进一步地，所述编码器为光电编码器或静磁栅绝对编码器。

进一步地，所述DDR存储器是双传输模式，在一个内存时钟周期中，在方波上升沿时进行一次操作，在方波的下降沿时也做一次操作，之所以在一个时钟周期中，DDR存储器则可以完成两个周期才能完成的任务，性能要超出一倍，DDR内存采用184线结构，DDR内存不向后兼容SDRAM，要求专为DDR设计的主板与系统。

进一步地，所述CPU模块为一个中央处理器，所述中央处理器包括逻辑运算部件、寄存器部件和控制部件，所述逻辑运算部件用于执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换，所述寄存器部件包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器，所述控制部件用于对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

进一步地，所述通讯模块包括有线通讯模块和无线通讯模块，所述有线通讯模块为USB线接口或网线接口，所述无线通讯模块为3G、4G、5G、WIFI或蓝牙。

进一步地，所述图像采集板还包括红外滤光片。

进一步地，所述工业相机还包括电源板。

进一步地，所述电源板包括供电电源和供电管理电路，所述供电电源通过所述供电管理电路给工业相机供电，所述供电电源为充电电池。

本发明具有以下优点：

本发明主要由五部份组成，包括CMOS Sensor、DSP、CPU、DDR和PC, DSP与CPU共享内存，CPU用两个内核来分别处理两个制式的图像，从而实现更快速更高效更低成本的工业相机，可以同时输出H264和MJPEG格式的图像数据，能满足各种距离的数据传输，从而为后端工业PC的安装及算法的适配提供极大的便利。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于CMOS图像传感器的工业相机，包括图像采集板和主控处理板，所述图像采集板包括CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器用于短时间内快速地输出像素尺寸小质量高的RAW数据和RGB数据，所述主控处理板包括DSP图像与信号处理模块、CPU模块、DDR存储器和通讯模块，所述DSP图像与信号处理模块包括图像信号处理器和编码器，所述图像信号处理器用于对原始数据经过一系列的算法进行优化处理，所述编码器用于将优化处理过后的数据编码并生成H264协议的图像数据和MJPEG协议的图像数据，然后把图像数据存放到DDR存储器，所述CPU模块用于从DDR存储器中提取H264图像数据和MJPEG图像数据并快速打包发送至通讯模块，所述DDR存储器用于存储编码器发送过来的H264协议的图像数据和MJPEG协议的图像数据，所述通讯模块用于接收CPU模块发送过来的数据并发送至智能终端，所述CMOS图像传感器、图像信号处理器、编码器、DDR存储器、CPU模块、通讯模块依次连接。

进一步地，所述CMOS图像传感器包括CMOS逐行扫描图像传感器、内置1/4inch彩色CMOS图像传感器和内置1/3inch彩色CMOS图像传感器。

进一步地，所述图像信号处理器包括前端影像处理器和后端影像处理器。

进一步地，所述编码器为光电编码器或静磁栅绝对编码器。

进一步地，所述DDR存储器是双传输模式，在一个内存时钟周期中，在方波上升沿时进行一次操作，在方波的下降沿时也做一次操作，之所以在一个时钟周期中，DDR存储器则可以完成两个周期才能完成的任务，性能要超出一倍，DDR内存采用184线结构，DDR内存不向后兼容SDRAM，要求专为DDR设计的主板与系统。

进一步地，所述CPU模块为一个中央处理器，所述中央处理器包括逻辑运算部件、寄存器部件和控制部件，所述逻辑运算部件用于执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换，所述寄存器部件包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器，所述控制部件用于对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

进一步地，所述通讯模块包括有线通讯模块和无线通讯模块，所述有线通讯模块为USB线接口或网线接口，所述无线通讯模块为3G、4G、5G、WIFI或蓝牙。

进一步地，所述图像采集板还包括红外滤光片。

进一步地，所述工业相机还包括电源板。

进一步地，所述电源板包括供电电源和供电管理电路，所述供电电源通过所述供电管理电路给工业相机供电，所述供电电源为充电电池。

本发明的工作过程如下：

本发明是基于CMOS图像传感器的工业相机，相机的CMOS图像传感器输出物体的原始图像RAW数据，图像格式为100万像素（1140X900）或者130万像素（1280X960）的RGB数据，具有成像速度快、图像质量高的特点，非常适合于快速相机，每秒输出可达到120帧。相机的DSP图像与信号处理模块对原始图像进行快速处理，包括ISP和编码器两个部分，ISP对原始图像经过一系列的算法进行优化，比如降噪、自动白平衡、自动调节锐度、饱和度和亮度等等，从而提升图像质量，获得比原始图像更清晰、效果更优的图像数据。编码器将经过ISP处理后的RGB图像数据经过编码生成H264协议的图像数据和MJPEG协议的图像数据，前者数据量比较小，适合于远距离的网络传输，后者数据量比较大，适合于距离比较近的USB传输。同时，如图二所示，DSP通过VOUT将图像实时地显示到CVBS屏上，在工业现场就可以实时观察。CPU（Central Processing Unit）是具有两颗ARM Cortex-A7内核的高性能处理器，与DSP共享DDR内存，DSP将经过编码后的数据存放在DDR内存中，CPU从DDR取出H264和MJPEG数据，如图二所示，CPU1将内存中的每帧H264图像数据取出来按照RTSP（Real Time Streaming Protocol）协议快速打包经过网线发给上位PC机进行处理。CPU2将内存中的每帧MJPEG图像数据取出来按照USB（Universal Serial Bus）2.0协议快速打包通过USB线发给智能终端进行数据处理。智能终端接收CPU传过来的H264和MJPEG图像数据，然后经过计算和分析产生最终的决策机制。可以根据工业环境和工艺要求来选择智能终端的安装位置，如果是危险系数比较高、现场不需要人员操作或值守的情况可以选择通过网线远距离数据传输，反之则可以选择USB线来传输出图像数据。