CN103780819A - 一种智能工业相机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能相机，包括设置在机壳内的图像数据采集***，和图像数据处理***，图像数据处理***为具有PCIEXPRESS的X86架构的图像数据处理***包括X86CPU和桥芯片、内存，X86CPU和桥芯片、内存由PCIEXPRESS相互连接；在图像数据采集***的图像数据输出控制器的输出端还设置有PCIE和DMA控制器，PCIE将所述的图像数据输出控制器打包输出的图像数据转换成PCIEXPRESS数据进入到图像数据处理***，DMA控制器将所述的PCIE转换成PCIEXPRESS数据后的图像数据直接输入到图像数据处理***内存中。本发明的工业照相机将图像数据采集***和图像数据处理***一体，且结构简单易于实现。

Description

一种智能工业相机

技术领域

本发明涉及工业相机领域。

背景技术

工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上典型的工业相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。因此，目前的工业相机只进行数据获取，也就是获取高分辨率的数字图像，如果需要对数字图像进行处理，比如对所拍摄的图像进行特定对象捕获等图像数据处理，需要在后台处理。在后台进行数字图像处理一般包括一台PC和处理软件，本领域中采用工业照像机通过光学镜头作为图像传感器，这是一种数字传感器如CCD等，数字图像传感器器捕获的数字图像先在工业照相机的缓存中保存，然后通过初步处理，形成数字图像文件，保存在工业照相机的存储器中或者通过数字通信接口也就是一种图像数据输出控制器，将需要传送的图像数据打包通过USB接口或者其它通信接口如网络接口输出，在后台，利用一台PC接收这些图像数据进行处理，主要通过直接将工业照相机存储器内的图像数据读取处理，也可以通过USB接口或者网络接接收由照相机的图像数据输出控制器输出的图像数据进行处理，因此，该PC被认为是一个图像数据处理***，在PC中，利用根据需要的各种图像软件，对接收到的图像进行处理，目前，图像很多，可以根据工业照相机的用途设计各种图像处理应用程序。但是，作为工业照相机在使用过程中，它的应用软件基本上都是专用软件，与照相机硬件一起组成工业照相机的不可分隔的一部份，用户在购买工业照相机时，只需要购买工业照相机的图像数据采集***，然后安装使用，在使用时，利用一台专用PC安装随机带来的应用软件形成图像数据处理***，作这图像处理***的PC通过网络通信或者其它方式与工业照相机进行通信，获取由工业照相机采集的图像数据进行处理，然后将处理后的结果通过PC的扩展接口输出进行工业用途。这样的工业照相机越来越不能满足市场的需要，目前市场对工业照相机的要求是直接从工业照相机的输出接口中产生工业用途需要的数据，但目前还没有这样既包括的图像数据采集***又包括有图像数据处理***的智能照相机。

发明内容

本发明的目的是提供一种将图像数据采集和图像处理集成在一起智能相机，该相机采用了X86架构的图像处理***，与集成到FPGA中的图像数据采集***一起安装在一个机壳同内。

本发明的技术方案是：一种智能工业相机，包括设置在机壳内的图像数据采集***，所述的图像数据采集***包括图像传感器、图像数据缓存器、前端图像数据处理器和图像数据输出控制器；所述的图像传感器捕获的图像数据进入所述的图像数据缓存器缓存以后，由所述的前端图像数据处理器进行处理，所述的图像数据输出控制器输出；在所述的机壳内还包括图像数据处理***，所述的图像数据处理***为具有PCI Express总线的X86架构的图像数据处理***包括X86CPU和桥芯片、内存，所述的X86CPU和桥芯片、内存由PCI Express总线相互连接；在所述的图像数据采集***的图像数据输出控制器的输出端还设置有PCIE接口模块和DMA控制器，所述的PCIE接口模块将所述的图像数据输出控制器打包输出的图像数据转换成PCI Express总线数据进入到所述的图像数据处理***，所述的DMA控制器将图像数据输出控制器打包输出的图像数据，发送到PCIE接口模块转换成PCI Express总线数据，经过PCI Express总线，传输到图像数据处理***内存中。

进一步的，上述的智能工业相机中：所述的图像数据处理***采用INTEL凌动E6系列的CPU和对应的EG20T桥芯片。

进一步的，上述的智能工业相机中：在所述的图像数据处理***上还设置有与显示器的接口，接入计算机网络的接口，和RS232接口，USB接口，GPIO接口。

进一步的，上述的智能工业相机中：所述的图像数据采集***设置在一个FPGA中。

本发明的工业照相机将图像数据采集***和图像数据处理***一体，且结构简单易于实现。

下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。

附图说明

图1本发明实施例1的智能照相机的结构(一)。

图2本发明实施例1的智能照相机的结构(二)。

图3是发明实施例1的智能照相机的接口。

具体实施方式

实施例1如图1、图2所示，本实施例是一种智能相机，使用本智能照相机进行工业控制，可以直接输出工业控制或者其它方面使用的经过处理的图像数据，本实施例中的照相机硬件部分包括目前使用的工业照相机和一台专用于处理图像数据的PC组成的图像数据处理***，本实施例中，将两者结合到一起。如图2所示，本实施例中的智能照相机机壳内安装有图像采集***和图像数据处理***两个部分，其中，图像采集***基本上相当于目前市场上的工业照相机，它负责捕获图像，形成一帧帧的图像数据，包括作为图像传感器工业照相机镜头，将镜头采集的数字图像数据进行缓存的图像数据缓存器，目前，在工业照相机为了输出标准的图像数据也需要对图像数据进行初步处理，主要对图像的原始数据缺陷处理和优化，包括坏点修复，色彩转换，色彩校正等，这些是由前端图像数据处理器完成，这样经过前端数据处理器处理后的图像数据可以形成图像数据文件保存到工业照相机内部的存储卡或者通过图像数据输出控制器打包输出。本实施例中，在还在机壳内还包括图像数据处理***，图像数据处理***为具有PCI EXPRESS的X86架构的图像数据处理***包括X86CPU和桥芯片、内存， X86CPU和桥芯片、内存由PCI EXPRESS相互连接；在图像数据采集***的图像数据输出控制器的输出端还设置有PCIE和DMA控制器， PCIE将所述的图像数据输出控制器打包输出的图像数据转换成PCI EXPRESS数据进入到图像数据处理***， DMA控制器将所述的PCIE转换成PCI EXPRESS数据后的图像数据直接输入到所述的图像数据处理***内存中。

本实施例中，图像数据处理***采用具有PCI EXPRESS的X86架构，CPU选择的intel 凌动E6系列CPU，这种CPU的最大特点是功耗低，它的最大散热设计功耗在4.5瓦，对应的桥芯片为EG20T，最大散热设计功耗在1.5瓦，相对目前另外使用一台PC做图像数据处理***的几十瓦，要低很多。电路精简掉大量相机不需的接口，外部只留一个网口，一个显示VGA，两个USB口，一个RS232串口，和5个IO口。和目前的一些工业一样本实施例中的图像采集***部分的集成到一个FPGA中，并且采用目前通用的如图2所示的FPGA结构，选择altera cyclone***低功耗系列。E6系列 CPU和EG20T是功耗最大的部分，结构上这两器件直接和外壳接触，外壳采用金属材质，作为散热板作用。外壳并有小风扇。可以有效散出热量。

目前的工业照相机现在FPGA中使用的处理器一般采用专用的DSP，是数据直接接到DSP器件，速度不高，DSP的处理能力也有限。另外，目前工业相机和电脑连接一般是网口和USB口，这是两个分开的东西。可靠性和效率较低。

本实施例的智能照相机相当于目前普通相机和电脑集成一起，原工业照相机部分直接作为电脑***的一部分，采用DMA传输的过程中不需要CPU参与，降低CPU使用率。

本实施例中使用的x86和DSP最大不同应该是，X86像电脑，通用，易用，方便用户二次开发。采用低功耗凌动系列，带有GPU，无需外部显卡，采用Mini-PCIE接口的固态硬盘。各种接口部分信号采用航空连接器。数据采集打包采用带有PCI-Express硬核的FPGA，直接连到x86***上，减少***器件，缩短数据传输路径。目前一般的工业相机连电脑，一般接网口，将经过网卡，再到PCI-Express，网卡上数据传输将有数据打包，解包。

本实施例中，PCIE(PCI Express) 驱动基于WDK开发，支持Windows Xp及以上***，将操作***应用层存图像内存直接映射到操作***的内核空间，并创建DMA传输链表，发起DMA传输，以及传输完成后的处理，在整个图像数据的传输过程中，无数据拷贝，提高数据的传输效率，降低CPU的使用率。驱动创建两个IO请求队列，一个用于应用层的图像数据IO请求，另一个用于控制IO请求，可以避免IO请求的阻塞，提高对图像请求的响应。

本实施例的智能照相机具有如下特点：

本实施例中，图像数据，经过FPGA处理打包，通过PCI-Express总线和DMA传输，数据直接传输到CPU***的内存。传输效率高，不占用CPU资源，CPU的性能可以充分留给图像处理计算使用。

x86***采用intel凌动E6系列CPU，功耗只有几瓦，主频1.6G，集成GPU，性能足够普通图像处理的应用。

由于X86架构是一个通用的架构，因此，在其上可以连接丰富的接口，包括显示，网口，RS232，USB,GPIO口。可以方便和外界PLC等设备连接和通讯。接口硬件上采用航空连接器，稳定可靠。框图如图3所示。 

Claims (4)

1.一种智能工业相机，包括设置在机壳内的图像数据采集***，所述的图像数据采集***包括图像传感器、图像数据缓存器、前端图像数据处理器和图像数据输出控制器；所述的图像传感器捕获的图像数据进入所述的图像数据缓存器缓存以后，由所述的前端图像数据处理器进行处理，所述的图像数据输出控制器输出；其特征在于：在所述的机壳内还包括图像数据处理***，所述的图像数据处理***为具有PCI Express总线的X86架构的图像数据处理***包括X86CPU和桥芯片、内存，所述的X86CPU和桥芯片、内存由PCI Express总线相互连接；在所述的图像数据采集***的图像数据输出控制器的输出端还设置有PCIE接口模块和DMA控制器，所述的PCIE接口模块将所述的图像数据输出控制器打包输出的图像数据转换成PCI Express总线数据进入到所述的图像数据处理***，所述的DMA控制器将图像数据输出控制器打包输出的图像数据，发送到PCIE接口模块转换成PCI Express总线数据，经过PCI Express总线，传输到图像数据处理***内存中。

2.根据权利要求1所述的智能工业相机，其特征在于：所述的图像数据处理***采用INTEL凌动E6系列的CPU和对应的EG20T桥芯片。

3.根据权利要求2所述的智能工业相机，其特征在于：在所述的图像数据处理***上还设置有与显示器的接口，接入计算机网络的接口，和RS232接口，USB接口，GPIO接口。

4.根据权利要求1所述的智能工业相机，其特征在于：所述的图像数据采集***设置在一个FPGA中。

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