专用线阵智能相机系统的关键技术

　　0 引言

　　线阵智能相机作为智能相机系统的一个重要分支，以其实时性好、分辨率高、图像还原精确的优点在工业实时检测中显示出旺盛的生命力。近年在印刷检测、色选机、货币清分、PCB 检测、AOI 等实时处理的应用领域中，大量专用线阵智能相机不断涌现，得到了广泛的应用，这类相机在应用方式和构成上相似，逐步形成了一个特殊的门类。本文以颜色瑕疵识别应用的专用线阵智能相机系统为例描述了这类智能相机的构成特点和关键技术，提出一种使用CPLD 精确调整驱动时钟信号和采样时间点的方法，并做了仿真和实验。

　　1 专用线阵智能相机构成特点

　　智能相机与传统的由相机获取图像，通过计算机进行图像处理的应用方式不同，它是在智能相机内部完成图像拍摄和处理两个环节，通常可以脱离计算机独立完成设定的检测任务。这样不仅降低了相机的应用成本和系统的复杂性，而且大幅提高了系统的可靠性。

　　典型的线阵相机系统一般包括光学单元、图像获取、图像处理和通信模块等几个必备的部件，其工作流程如图1 所示。

　　2 专用智能相机关键技术

　　专用智能相机，往往只实现单一的功能。颜色瑕疵识别系统采用的专用智能相机的主要功能就是根据图像的颜色判断物料颜色是否符合设定值，采用颜色空间的欧氏距离算法即能满足此类应用的需求，这类算法比较简洁，消耗的资源较少，且一般都转化为流水线编程方式实现，现有FPGA 能够容纳完整的算法。

　　尤为重要的是，由于这类相机的实时处理结果直接用于控制，实时性要求极高，需要CCD 运行在其最高工作频率上。当CCD 工作在最高频率时，对CCD采集精度、运算时序有严格的要求。提高CCD 时序准确性和数据采集的精确性是实现此类专用智能相机的关键。

　　3 线阵智能相机CCD 采集系统

　　3.1 高速CCD 和A / D 采样芯片驱动

　　本文使用的CCD 是东芝公司的TCD1209D，包含2048 个有效的光电管，像素的宽度为14 μm，像素间的间距为14 μm，最高工作时钟频率可达20MHz。TCD1209D 共有5 个相位不同的驱动脉冲，分别为SH、1、2、RS 和CP，如图2 所示。其中SH 为光电荷转移脉冲; 1、2 是两个相互反相的模拟移位寄存器转移脉冲; RS 为输出极复位脉冲; CP 为箝位脉冲。CCD 在 5 个驱动脉冲共同作用下输出视频信号OS。CCD 工作在其极限频率时，需要对各个时序触发的先后顺序和相互之间的相位关系进行仔细考虑，否则很容易使输出包含大量噪声，输出信号失真。

　　CCD 信号输出后，经过一级射极跟随器，再用隔直电容去掉直流分量，接着进行相关双采样( CDS) ，得到CCD 有效的信号大小，然后进行箝位或者增益放大，最后送入ADC 进行数字量化。信号处理部分选用AD9945，这是一款专用的CCD 视频A / D 芯片，内部集成了相关双采样、可编程增益控制、暗电平自动校正、数字偏置控制、12 位A/D模数转换。