新型数字相机DS-21-01M60的原理及其硬件接口设计

    目前,在可见光情况下,大部分图像处理系统所应用的相机都是模拟相机, 而图像处理系统所要处理的图像数据则是数字信号, 因此需要对模拟相机输出的模拟图像信号进行数字化处理, 这无疑增加了图像处理系统的信号采集部分硬件设计的复杂性。同时, 由于模拟图像信号标准的限制, 使得数字化后的图像分辨率及帧频固定, 因此对于图像分辨率及帧频要求都较高的图像处理系统中, 模拟相机就不再适用了。部分图像处理系统中虽然使用了传统的数字相机, 但由于传统数字相机多采用 LVDS 传输图像数据和各种控制信号, 使得硬件接口的线数较多, 增加了连接、调试和检查的难度。本文介绍的 DS- 21- 01M60 相机(以下简称 1M60) 是 DALSA 公司推出的一款单色高速数字相机, 该相机不但硬件接口简单、图像分辨率及帧频都高于模拟相机和传统数字相机, 而且帧频、触发模式、图像数据的输出位数、图像输出格式都可以通过异步串口发送命令进行控制。

    1 1M60 相机简介

    1M60 数字相机可提供高灵敏度的 12 位图像。为了同时获得卓越的分辨率和灰度级,1M60相机采用DALSA公司的TrueFrame累进扫描CCD 图像传感器———FTT1010- M。图1所示为 FTT 1010- M图像传感器的结构图[1]。1M60相机图像分辨率为1024 ×1 024,像素尺寸为12μm×12μm,外形尺寸为94mm×94mm×45mm, 功耗 小于15W, 供电电源电压为 12～24V。

    通过异步串口向 1M60 相机发送控制命令和诊断命令, 可以控制相机输出图像的增益、补偿、帧频、暴光 时间、暴光模式和测试图像的输出, 同时还可以对相机进行诊断。串口协议: 1 位开始位、8 位数据位、无奇偶校验位、1 位停止位, 通讯波特率为 9 600bps( 相机默认) ,而通过设定波特率命令, 可设定通讯波特率为 19200bps、57 600bps 和 115 200bps。

    在一个时钟周期内同时输出两个像素的情况下( 简 称双 拍输出 ) , 像素 数据 输出时 钟 为 40MHz, 最高帧频可达 60 帧/秒。通过设定像素数据格式命令, 可以设定像素数据为8位、10位或12位。

    通过像素输出模式命令可以选择用单拍输出图像数据还是用双拍输出图像数据。由于双拍输出图像数据具有特殊性, 这里仅介绍双拍输出图像数据情况下的时序和图像的重构显示。双拍输出像素数据时序如图 2 所示[2]。在双拍工作时,场有效时间为16ms,行有效时间为12.8μs, 每行有效期 间内包含512 个像素输出时钟,像素的输出方式是一行中的第1个像素和第 513 个像素同时输出, 依次类推。图像输出格式为逐行输出。

    1M60 相机共有五种暴光模式,可通过设定暴光模式命令来为相机选择合适的暴光模式。具体暴光模式如下: