[发明专利]一种USB3.0高速高清工业摄像机

说明书

技术领域

本发明涉及摄相机领域，特别涉及用于工业检测、监控的高速高清光学检测和图像传输领域，具体是指USB3.0高速高清工业摄像机及其USB3.0视频采集和传输方法。

背景技术

工业摄像机应用广泛，可用于尺寸测量、纸病检测、光环境监测、数量统计、废品分拣等。目前工业摄像机数据采集和传输方式主要是通过存储、处理、压缩再通过网线上传到计算机。而数据压缩则会破坏原始采样数据，而不压缩又难以找到方便的接口达到高速传输。例如普通计算机上的网线接口，其带宽只有100Mbps。而数据传输速度高的如1394接口、camalink接口普通的计算机上根本就没有。而如果要利用普通计算机上有的接口就不得不加入数据处理器和存储器，导致成本增加。

USB是一种应用在计算机领域的接口技术，具有热插拔、易携带、传输速度快等优点。由于USB的各种优点，各种操作系统如windows系列、linux系列均支持这种接口技术，这使得USB技术应用更为广泛。随着USB技术的不断发展和完善，USB传输速度越来越快，USB3.0的比特率更是达到了5Gbps。非常适合数据量大的视频传输。

发明内容

针对上述需求，本发明的目的是提供一种传输速度快、电路简单可靠、测量范围广、测量精度高的USB3.0高速高清工业摄像机及其USB3.0视频采集和传输方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种USB3.0高速高清工业摄像机，包括用于取像的光学镜头，对光学镜头取像进行成像的工业CCD，用于产生驱动工业CCD输出图像信号的CCD驱动信号、接收工业CCD输出的模拟图像信号进行处理以及将模拟图像信号转换成数字图像信号输出的高精度CCD前端，所述的高精度CCD前端包括用于产生CCD驱动信号、CDS时钟和零缓存数据采集控制信号的精密时钟模块、用于将所述的工业CCD输出信号进行阻抗变换和直流电平变换的信号调理模块、用于对经过所述的信号调理模块处理后的CCD输出信号进行相关双采样的CDS、用于对经过所述的CDS相关双采样后的信号进行放大的VGA、用于校正经VGA输出的信号中的暗电流值的暗电平校正电路、用将经暗电平校正后的摄像信号进行模数转换并输出的高精度ADC；所述精密时钟模块的CCD驱动信号输出接口经一驱动电平变换模块与工业CCD驱动信号输入接口连接；

其特征在于，该工业摄像机还包括一USB3.0主控模块；

所述的USB3.0主控模块包括USB3.0微内核处理器、根据USB3.0微内核处理器指令生成摄像机控制信号并输出的摄像控制器、用于缓存图像数据的实时数据存储区、根据精密时钟模块输出的零缓存数据采集控制信号控制所述实时数据存储区写入使能的数据采集状态机、用于与计算机上USB3.0主机控制器传输图像数据的USB3.0实时端点和与计算机进行USB3.0控制传输的端点0；所述USB3.0微内核处理器为USB3.0主控模块的运算处理单元，其通过端点0与计算机上USB3.0主机控制器连接；实时数据存储区的数据输入接口通过数据总线与CCD前端的高精度ADC的数字图像信号输出接口连接，其数据输出接口接所述USB3.0实时端点；所述数据采集状态机与所述精密时钟模块通过零缓存数据采集控制线连接；所述摄像控制器的输出接口通过摄像控制总线向高精度CCD前端输出摄像控制信号。

上述的USB3.0高速高清工业摄像机中，所述的高精度CCD前端还包括用于设置CDS、VGA、精密时钟模块、暗电平校正和高精度ADC的参数的CCD前端控制器；所述的工业CCD像素至少为1M；所述的高精度CCD前端中的精密时钟模块相位调整精度至少为10ns；所述的高精度CCD前端中的高精度ADC至少为8位ADC。

更进一步的，所述的工业CCD可以选择行间转移型面阵CCD；所述的零缓存数据采集控制线包括行转移同步时钟信号线、帧转移同步时钟信号线、正常像素指示信号和数据总线同步时钟信号线；所述的摄像控制总线包括SPI总线和启动/停止信号线。

在本发明中，所述的工业CCD可以选用SONY公司ICX2系列中的如ICX274AL芯片、柯达公司的KAI系列如KAI-1010M等中一种；

所述的高精度CCD前端的图像信号处理的主要功能可以选用多种芯片实现，比如ADI公司的AD99系列如AD9927，AD9923A等。