一种超高速工业相机系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种超高速工业相机系统，包括进行图像数据采集、缓存和传输的超高速工业相机的主系统和在高功耗下的保证温度可靠性的高速工业相机的次系统；主系统包括：进行图像数据采集的前端传感器，对前端传感器采集到的数据进行处理的传感器驱动模块，与传感器驱动模块进行数据交互的数据缓存模块，数据缓存模块中的数据再通过传感器驱动模块和数据传输模块发送给终端设备；次系统包括：用于给超高速工业相机系统的主系统供电的电源模块，用于监控超高速工业相机系统整体温度的温度传感器，和根据温度传感器监控温度控制电源模块开关的控制电路。该系统可以完成帧率4000帧以上分辨率为1M像素的超高速相机的设计任务，为超高速相机设计提供了一种行之有效的技术手段。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超高速成像领域，具体为一种超高速工业相机系统。
技术介绍
随着集成电路工艺水平以及传感器制作水平的提高，目前超高速成像系统发展迅速。超高速成像技术能记录肉眼无法分辨的瞬间变化，使得超高速相机在诸如车辆检测，碰撞测试，科学实验，体育竞技，军事等领域都具有广阔的应用场景。超高速相机的主要特性是单位时间内输出的图像数量多，因为超高速相机的高帧率输出，所以前端传感器通常具有两个方面的特点，一是数据通道多，二是单个通道的数据率高，这对数据获取模块的设计提出了很高的要求。为了接口的方便性，高速相机一般采用USB或者网络的方式将数据传递给PC机，而超高速相机瞬时产生的图像数量十分巨大，这之间就造成了数据输出速率无法跟上数据产生速率的矛盾，所以超高速相机内部必须提供大容量缓存对瞬时产生的大量图像进行存储，这就涉及到高速存储器电路设计，更进一步增加了电路设计复杂性。无丢帧的数据传输即保存在相机内部存储器中的数据图像必须全部传递给PC机，不能丢失一幅图像数据，这通常需要较高可靠性的数据传输技术。所以对于超高速相机的设计，主要有如下几个方面的难点：(1)前端高速传感器的数据读取；(2)大容量数据缓存；(3)无丢帧的数据传输。超高速相机的主要特性是单位时间内输出的图像数量多，为了支持高帧率，相机内部各模块工作时钟频率都很高，包括传感器，FPGA，DDR3模块等都处于高速运转状态，这将造成在工作一段时间后各器件温度会急剧升高，如果不进行处理很容易导致系统工作状态不稳定，如FPGA会重新启动，存储器内图像数据会丢失，因此设计阶段温度可靠性必须作为超高速相机的一个重要因素，这将直接影响相机的长时间工作稳定性。基于以上设计难点，目前国内尚未形成具有竞争力的超高速相机产品，超高速相机产品主要来自于日本，欧美等西方国家，价格昂贵，且维护成本巨大。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种超高速工业相机系统，包括超高速工业相机的主系统和高速工业相机的次系统；超高速工业相机的主系统包括：前端传感器，与前端传感器相连的传感器驱动模块，与传感器驱动模块进行交互的数据缓存模块，传感器驱动模块通过数据传输模块与终端设备连接；超高速工业相机的次系统包括：温度传感器，与温度传感器相连的控制电路，控制电路相连的电源模块，电源模块通过开关与超高速工业相机的主系统连接。本技术中选择使用的传感器分辨率为1024×1024，80路LVDS输出，设计实现了最大分辨率下帧率达到4000帧，每路LVDS输出速率高达620MHz。此时，存储器需要支持到800MHz工作时钟和64-bit位宽。为了提高数据写入效率，优选地，所述的传感器驱动模块为FPGA：该FPGA对所述前端传感器采集的数据进行接收；直接驱动所述数据缓存模块；数据传输直接在FPGA内实现UDP协议栈。优选地，所述的超高速工业相机的主系统还包括IO接口。优选地，所述的FPGA支持SODIMM接口方式，即外插内存条的接口方式，从而系统缓存容量可以灵活定制，从4GB~16GB随意变换。本技术中选用了Altera公司的Stratix-V系列FPGA，一方面基于驱动80路高速LVDS接口的需要，另一方面基于800MHz64-bitDDR3接口的需要，Stratix-V支持fly-by走线方式，可以直接驱动SODIMM接口。优选地，所述的超高速工业相机的次系统还包括与超高速工业相机系统外壳连接的散热片、与散热片连接的散热风扇及次系统内部风道。优选地，所述的超高速工业相机的次系统的控制电路为CPLD。本技术中选择使用的传感器分辨率为1024×1024，80路LVDS输出，设计实现了最大分辨率下帧率达到4000帧，每路LVDS输出速率高达620MHz，为了适应传感器基本特性，本技术采用以FPGA为核心的结构；本技术结合了主动和被动方式进行散热设计，通过实时温度监控来控制主动散热风扇频率；同时将主要功率消耗部件均通过散热片连接到金属外壳及内部风道上，避免集中热源，还增加了整体的CPLD温控电路以避免意外高温下导致永久性故障损坏。本技术提供了一种超高速工业相机系统，使用该系统可以完成帧率4000帧以上分辨率为1M像素的超高速相机的设计任务，为超高速相机设计提供了一种行之有效的技术手段。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本技术的系统示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。根据本技术的实施方式，如附图1所示，本技术提供了一种超高速工业相机系统，包括超高速工业相机的主系统和高速工业相机的次系统；超高速工业相机的主系统包括：前端传感器，与前端传感器相连的传感器驱动模块，与传感器驱动模块进行交互的数据缓存模块，传感器驱动模块通过数据传输模块与终端设备连接；超高速工业相机的次系统包括：温度传感器，与温度传感器相连的控制电路，控制电路相连的电源模块，电源模块通过开关与超高速工业相机的主系统连接。本技术中选择使用的传感器分辨率为1024×1024，80路LVDS输出，设计实现了最大分辨率下帧率达到4000帧，每路LVDS输出速率高达620MHz。此时，存储器需要支持到800MHz工作时钟和64-bit位宽。为了提高数据写入效率，优选地，所述的传感器驱动模块为FPGA；该FPGA对所述前端传感器采集的数据进行接收；该FPGA直接驱动所述数据缓存模块；所述数据传输模块直接在FPGA内实现UDP协议栈。优选地，所述的超高速工业相机的主系统还包括IO接口。优选地，所述的FPGA支持SODIMM接口方式，即外插内存条的接口方式，从而系统缓存容量可以灵活定制，从4GB~16GB随意变换。本技术中选用了Altera公司的Stratix-V系列FPGA，一方面基于驱动80路高速LVDS接口的需要，另一方面基于800MHz64-bitDDR3接口的需要，Stratix-V支持fly-by走线方式，可以直接驱动SODIMM接口。优选地，所述的超高速工业相机的次系统还包括与超高速工业相机系统外壳连接的散热片、与散热片连接的散热风扇及次系统内部风道。优选地，所述的超高速工业相机的次系统的控制电路为CPLD。本技术中选择使用的传感器分辨率为1024×1024，80路LVDS输出，设计实现了最大分辨率下帧率达到4000帧，每路LVDS输出速率高达620MHz，为了适应传感器基本特性，本技术采用以FPGA为核心的结构；本技术结合了主动和被动方式进行散热设计，通过实时温度监控来控制主动散热风扇频率；同时将主要功率消耗部件均通过散热片连接到金属外壳及内部风道上，避免集中热源，还增加了整体的CPLD温控电路以避免意外高温下导致永久性故障损坏。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高速工业相机系统，其特征在于：包括超高速工业相机的主系统和高速工业相机的次系统；超高速工业相机的主系统包括：前端传感器，与前端传感器相连的传感器驱动模块，与传感器驱动模块进行交互的数据缓存模块，传感器驱动模块通过数据传输模块与终端设备连接；超高速工业相机的次系统包括：温度传感器，与温度传感器相连的控制电路，控制电路相连的电源模块，电源模块通过开关与超高速工业相机的主系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种超高速工业相机系统，其特征在于：包括超高速工业相机的主系统和高速工业相机的次系统；超高速工业相机的主系统包括：前端传感器，与前端传感器相连的传感器驱动模块，与传感器驱动模块进行交互的数据缓存模块，传感器驱动模块通过数据传输模块与终端设备连接；超高速工业相机的次系统包括：温度传感器，与温度传感器相连的控制电路，控制电路相连的电源模块，电源模块通过开关与超高速工业相机的主系统连接。2.一种如权利要求1所述的超高速工业相机系统，其特征在于：所述的传感器驱动模块为FPGA。...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹桂平，董宁，唐世悦，吴畅，叶加圣，
申请(专利权)人：合肥埃科光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34