CN108924460A - 一种图像数据采集盒以及图像采集*** - Google Patents

一种图像数据采集盒以及图像采集*** Download PDF

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刘学斌
刘宏
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Abstract

本发明涉及一种图像数据采集盒以及图像采集***。其解决了现有采集设备必须依赖采集卡插装在大型的外设PC机上，带来的体积过大、接线较多等不便于携带和安装的问题。该***包括FPGA芯片、DDR2存储芯片、USB3.0接口芯片、USB连接器、Camera‑Link接口芯片以及Camera‑Link接口；Camera‑Link接口外接外部相机，并通过Camera‑Link接口芯片与FPGA芯片连接，DDR2存储芯片与FPGA芯片相互通讯，USB连接器与外设PC机连接，并通过USB3.0接口芯片与FPGA芯片连接。

Description

一种图像数据采集盒以及图像采集***
技术领域
本发明属于数据采集技术领域，涉及一种图像数据采集盒以及图像采集***。
背景技术
当前大多数成像***采用电接口输出数字或模拟的图像数据，因此在成像***研制和使用中，图像数据采集和显示是必不可少的一环。如何能快速准确的采集和显示成像***输出的数据，对成像***研制具有重要的意义，保证采集***的稳定性、可靠性和实时性是研制一个成像***的前提。另外，实时采集和显示***也为成像***提供了一个可视化的应用环境。
现有大多数采集***通过一张***PC机主板的采集卡将相机接口转化为PCIE接口，从而实现PC机对相机输出数据的采集。虽然PCIE接口带宽能得到保证，但是需要配合体积比较大的台式PC主机，还需加上PC机外设，导致采集***体积比较庞大，接线较多，在做外场试验时过于笨重，不易于携带。
并且现有的采用采集卡进行采集的方式，无法提供与图像数据相关的辅助数据，而这些辅助数据也是一些用户所需要的。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明设计了一种采用了基于USB3.0连接器的图像数据采集盒，解决了现有采集设备必须依赖采集卡插装在大型的外设PC机上，带来的体积过大、接线较多等不便于携带和安装的问题。
同时，还基于上述图像数据采集盒，提出了一种图像数据采集盒配合便携式笔记本电脑的图像数据采集***。
本发明的具体技术方案是：
一种图像数据采集盒，其特征在于：包括FPGA芯片、DDR2存储芯片、USB3.0接口芯片、USB连接器、Camera-Link接口芯片以及Camera-Link接口；
Camera-Link接口外接外部相机，并通过Camera-Link接口芯片与FPGA芯片连接，DDR2存储芯片与FPGA芯片相互通讯，USB连接器与外设PC机连接，并通过USB接口芯片与FPGA芯片连接。
进一步地，该采集盒还包括RS485芯片以及RS485接口；RS485接口通过RS485芯片与FPGA芯片连接，用于上传图像辅助数据；所述图像辅助数据包括帧头标识、帧计数、图像行数、图像列数以及像元位数。
进一步地，该采集盒还包括预留接口资源芯片以及预留接口；预留接口通过预留接口资源芯片与FPGA芯片连接，用于实现连接不同类型的相机接口。
进一步地，USB连接器包括一个用于传输图像数据的USB3.0接口和一个用于向外设PC机供电的USB2.0接口。
进一步地，该采集盒还包括电源管理模块；USB2.0接口与电源管理模块连接。
进一步地，所述FPGA芯片内运行的程序模块包括图像数据接收模块、数据组帧模块、数据缓冲写入模块、MIG控制器、数据缓冲读出模块以及USB接口时序模块；
图像数据接收模块分别与Camera-Link接口芯片以及预留接口资源芯片连接用于接收外部相机的图像数据；
辅助数据接收模块与RS485接口芯片连接用于接收外部相机提供的辅助图像数据；
数据组帧模块接收图像数据接收模块发送的图像数据以及辅助数据接收模块发送的辅助图像数据后，将每一个辅助图像数据拼接在每一帧图像数据之前，组成一个数据包；
数据缓冲写入模块通过MIG控制器将所述数据包写入DDR2存储芯片内进行缓存；
数据缓冲读出模块将MIG控制器从DDR2存储芯片内读出缓存数据发送至USB接口时序模块；
USB接口时序模块按照USB3.0接口芯片的时序要求将数据发送至笔记本电脑。
基于上述图像数据采集盒，现给出采用该图像数据采集盒的图像采集***的结构描述，该***包括上述图像数据采集盒以及笔记本电脑；图像数据采集盒通过USB3.0连接线与笔记本电脑实现相互通讯。
本发明的有益效果是：
1、本发明的图像数据采集盒通过将FPGA芯片、DDR2存储芯片、USB3.0接口芯片、USB连接器、Camera-Link接口芯片以及Camera-Link接口集成在一起的方式，不仅带宽满足大部分相机图像数据的实时采集要求，同时USB3.0接口具有体积小和通用性强的特点，利于***的小型化和采集软件的开发，同时相比现有的PC机和采集卡形式的图像采集***，本发明的采集***便于携带。
2、本发明的图像数据采集盒中设有RS485芯片以及RS485接口用于上传图像辅助数据，进一步提高了数据采集的全面性，适用于用户的各种要求。
3、本发明的图像数据采集盒中设有预留接口资源芯片以及预留接口，实现不同类型的相机均可采用本发明的图像数据采集盒进行采集，提高了图像数据采集盒的适用范围。
附图说明
图1为本发明中图像采集***的***图；
图2为图像数据采集盒的结构原理图；
图3为笔记本电脑上图像数据和图像辅助数据的显示界面示意图。
具体实施方式
本发明通过一种图像采集***的具体实施例，对本发明进行详细的描述，如图1所示。
相机通过图像数据采集盒与笔记本电脑进行连接。
相机将图像数据和图像辅助数据传输给图像数据采集盒，图像数据采集盒接收数据后通过USB3.0接口传输给外部笔记本电脑，笔记本电脑中的采集软件显示图像数据和解析辅助数据。
1、图像数据采集盒
如图2所示，本发明的图像数据采集盒，以FPGA芯片为主控器件，实现数据的接收、调理和输出。
图像数据采集盒具体结构包括FPGA芯片、DDR2存储芯片、USB3.0接口芯片、USB连接器、Camera-Link接口芯片、Camera-Link接口、RS485芯片、RS485接口、预留接口资源芯片、预留接口以及电源管理模块；
Camera-Link接口外接外部相机，并通过Camera-Link接口芯片与FPGA芯片连接，DDR2存储芯片与FPGA芯片相互通讯，USB连接器与外设PC机连接，并通过USB3.0接口芯片与FPGA芯片连接。
RS485接口通过RS485芯片与FPGA芯片连接，用于上传图像辅助数据；所述图像辅助数据包括帧头标识、帧计数、图像行数、图像列数以及像元位数。
预留接口通过预留接口资源芯片与FPGA芯片连接，用于实现连接不同类型的相机接口。
USB连接器包括一个用于传输图像数据的USB3.0接口和一个用于向外设PC机供电的USB2.0接口，USB2.0接口与电源管理模块连接。
具体来说，FPGA芯片内运行的程序模块包括图像数据接收模块、数据组帧模块、数据缓冲写入模块、MIG控制器、数据缓冲读出模块以及USB接口时序模块；
图像数据接收模块分别与Camera-Link接口芯片以及预留接口资源芯片连接用于接收外部相机的图像数据；
辅助数据接收模块与RS485接口芯片连接用于接收外外部相机提供的辅助图像数据；
数据组帧模块接收图像数据接收模块发送的图像数据以及辅助数据接收模块发送的辅助图像数据后，将每一个辅助图像数据拼接在每一帧图像数据之前，组成一个数据包；
数据缓冲写入模块通过MIG控制器将所述数据包写入DDR2存储芯片内进行缓存；
数据缓冲读出模块将MIG控制器从DDR2存储芯片内读出缓存数据发送至USB接口时序模块；
USB接口时序模块按照USB3.0接口芯片的时序要求将数据发送至笔记本电脑。
需要重点说明的是：
1、USB接口
图像数据采集盒和笔记本电脑之间采用USB3.0接口，带宽满足大部分相机图像数据的实时采集要求。另外，USB3.0具有体积小和通用性强的特点，利于***的小型化和采集软件的开发。
图像数据采集盒与笔记本电脑间采用USB3.0接口传输数据，另外增加了一个仅有供电功能的USB接口进行辅助供电接口。本发明中图像数据采集盒采用5V供电，且实测电流小于1A，USB3.0接口可以提供5V/900mA的供电，USB2.0可以提供5V/500mA的供电，图像数据采集盒和笔记本电脑之间采用USB3.0+USB3.0或USB3.0+USB2.0的连接关系可以为图像数据采集盒正常工作提供足够的供电要求。
2、数据接收接口
本发明中采用了比较通用的Camera-Link接口接收图像数据，RS485接口接收图像辅助数据。
3、数据存储
USB3.0接口的数据传输为突发性的，而相机输出接口为连续不间断的，需要大面积的存储空间进行数据缓存，防止数据丢失。本发明***中使用DDR2存储芯片作为存储器件，为USB3.0采集提供数据缓存。DDR2存储芯片具有存储空间大、读写速度快的特点，使用Xilinx公司FPGA中的MIG(Memory Interface Generator)能够实现对DDR2的读写。
4、采集软件
采集软件安装于笔记本电脑上，实现数据的采集、图像的显示和辅助数据的解析。如图3所示：包括采集控制区域、参数设置区域、采集图像显示区域、图像辅助数据区域以及日志窗口区域；
(1)采集控制区域实现了数据采集的开始、停止以及数据的保存功能。
(2)参数设置区域实现了采集前一些参数的基本设置功能，包括图像的尺寸(行数×列数)、像元位数和扫描方式等。
(3)采集图像显示区域实时显示采集的图像。
(4)辅助数据区域显示了解析出的辅助数据的定义以及数值，另外还预留了多个辅助数据方便用户自行定义其意义。
(5)日志窗口区域记录了采集软件了动态，包括开始、停止、设置参数等操作以及可能发生的错误和故障。

Claims (7)

1.一种图像数据采集盒，其特征在于：包括FPGA芯片、DDR2存储芯片、USB3.0接口芯片、USB连接器、Camera-Link接口芯片以及Camera-Link接口；
Camera-Link接口外接外部相机，并通过Camera-Link接口芯片与FPGA芯片连接，DDR2存储芯片与FPGA芯片相互通讯，USB连接器与外设PC机连接，并通过USB3.0接口芯片与FPGA芯片连接。
2.根据权利要求1所述的图像数据采集盒，其特征在于：还包括RS485芯片以及RS485接口；RS485接口通过RS485芯片与FPGA芯片连接，用于上传图像辅助数据；所述图像辅助数据包括帧头标识、帧计数、图像行数、图像列数以及像元位数。
3.根据权利要求2所述的图像数据采集盒，其特征在于：还包括预留接口资源芯片以及预留接口；预留接口通过预留接口资源芯片与FPGA芯片连接，用于实现连接不同类型的相机接口。
4.根据权利要求3所述的图像数据采集盒，其特征在于：USB连接器包括一个用于传输图像数据的USB3.0接口和一个用于向外设PC机供电的USB2.0接口。
5.根据权利要求4所述的图像数据采集盒，其特征在于：还包括电源管理模块；USB2.0接口与电源管理模块连接。
6.根据权利要求5所述的图像数据采集盒，其特征在于：所述FPGA芯片内运行的程序模块包括图像数据接收模块、数据组帧模块、数据缓冲写入模块、MIG控制器、数据缓冲读出模块以及USB接口时序模块；
图像数据接收模块分别与Camera-Link接口芯片以及预留接口资源芯片连接用于接收外部相机的图像数据；
辅助数据接收模块与RS485接口芯片连接用于接收外部相机提供的辅助图像数据；
数据组帧模块接收图像数据接收模块发送的图像数据以及辅助数据接收模块发送的辅助图像数据后，将每一个辅助图像数据拼接在每一帧图像数据之前，组成一个数据包；
数据缓冲写入模块通过MIG控制器将所述数据包写入DDR2存储芯片内进行缓存；
数据缓冲读出模块将MIG控制器从DDR2存储芯片内读出缓存数据发送至USB接口时序模块；
USB接口时序模块按照USB3.0接口芯片的时序要求将数据发送至笔记本电脑。
7.一种图像采集***，其特征在于：包括如权利要求6所述的图像数据采集盒以及笔记本电脑；所述图像数据采集盒通过USB3.0连接线与笔记本电脑实现相互通讯。
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