用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法，其中，该系统包括线阵感光芯片和FPGA处理芯片，线阵感光芯片与FPGA处理芯片相连接；FPGA处理芯片包括接收模块和图像处理模块；其中，接收模块用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；图像处理模块用于对接收模块所接收到的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。本发明专利技术提出完全由FPGA实现实时图像处理，且基于图像轮廓的中心点来确定相对位移值，不仅避免采用大体积的设备，便于安装和使用，而且使得图像处理所采用的方法能够有效适用于线阵传感芯片，从而保证了位移传感的精度，降低了系统的复杂度、成本、能耗以及硬件需求，保证了实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像采集和处理
，并且特别地，涉及一种用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法。
技术介绍
光学传感器是依据光学原理进行测量的仪器，这类传感器有许多优点，例如，能够实现非接触和非破坏性测量、测量几乎不受干扰、能够实现高速传输以及可遥测、遥控等。光学传感器包括很多类型，其中，非接触式激光三角位移传感器是一种利用激光为光源、将CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或者CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)传感器作为接收器的精密测量仪器。这种传感器能够在非接触的情况下精确测量被测物体的位置、位移等变化，并且能够被应用于检测物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。在非接触式激光三角位移传感器的工作过程中，对于接收图像的处理方法直接影响着位移传感器的精度、稳定性等特性。目前，大多数图像处理系统和方法所针对的都是面阵CMOS或者CCD传感器，主要采用的图像处理方法均是针对二维图像进行处理的方法，这些图像处理方法主要侧重于更加复杂的图像分析，其处理的图像数据量较大，算法流程也比较复杂。因此，这些图像处理方法并不适用于线阵图像的处理，无法满足非接触式激光三角位移传感器等光学传感器对于测量精度的高要求。不仅如此，由于大多数图像处理系统都需要借助于PC端等上位机或其他处理器进行图像处理，所以会导致设备体积庞大，并且不能够满足高速实时处理的要求。例如，在名称为“一种基于FPGA的工业智能相机”、授权公告号为“CN204131605U”的技术专利中，公开了一种基于FPGA的工业相机系统。该专利公开的技术方案是通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称为FPGA)完成信号采集的控制和图像处理，之后由FPGA将图像发送给上位机继续进行处理。该专利所公开的技术方案所针对的是面阵工业相机，其图像处理方法并不能够很好地处理线阵相机所采集的图像，例如，这种图像处理方法对线阵传感器图像光点中心提取效果不理想，即，轮廓提取和中心点计算精度不高。另外，该专利公开的技术方案在图像处理时所需要借助的系统体积较大，不仅不便于使用，而且图像处理的实时性差。此外，在名称为“一种图像处理装置、方法及系统”、申请公开号为“CN 102629968A”的技术专利中，公开了将FPGA与图像采集卡连接，进而由FPGA进行图像处理的技术方案。但是，该专利并没有公开FPGA进行图像处理时所采用的处理方式。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法，能够在不使用大体积设备的前提下在FPGA本地完成位移检测，处理实时性高，而且本专利技术提出的方案专门针对线阵传感芯片所采集的图像确定位移值，能够满足位移传感器对于精度的高要求。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于位移传感器的图像处理系统。根据本专利技术的用于位移传感器的图像处理系统包括线阵感光芯片和FPGA处理芯片，线阵感光芯片与FPGA处理芯片相连接；FPGA处理芯片包括接收模块和图像处理模块；其中，接收模块用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；图像处理模块用于对接收模块所接收到的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。其中，图像处理模块包括低通滤波子模块和位移确定子模块，低通滤波子模块用于对接收模块接收的图像信号进行低通滤波；位移确定子模块用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据中心点位置与预设参考点的位置确定相对位移值；具体而言，位移确定子模块用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；根据低通滤波后的图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于峰值与下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心点；位移确定子模块用于对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点。此外，上述FPGA处理芯片可以进一步包括：线阵芯片控制模块，用于根据来自线阵感光芯片的图像信号确定反光物体的表面特性，并根据表面特性调整光源的发光功率、和/或线阵感光芯片的曝光时间。进一步地，线阵芯片控制模块还用于在线阵感光芯片采集图像信号的过程中，通过以下方式中的至少之一对线阵感光芯片进行控制：为线阵感光芯片提供FPGA处理芯片的寄存器配置参数，对线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对线阵感光芯片的启动进行控制，对线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。此外，根据本专利技术的图像处理系统可以进一步包括：存储器，用于存储图像信号和/或相对位移值；存储控制模块，用于对存储器进行控制，以实现图像信号和/或相对位移值的存储和读取；其中，存储器包括FPGA处理芯片的内置存储器和/或FPGA处理芯片的外接存储器，外接存储器可以为DDR3存储器。此外，根据本专利技术的图像处理系统可以进一步包括：传输模块，用于输出从线阵感光芯片接收的图像信号和/或由图像处理模块确定的相对位移值，以及用于输出从存储器中读取的图像信号和/或位移值。其中，传输模块设置有用于连接外部设备的输出接口，该输出接口包括以下至少之一：USB接口、以太网接口、RS232接口、RS485接口、工业以太网控制自动化技术接口。此外，根据本专利技术的FPGA处理芯片进一步包括显示屏，用于显示相对位移值。此外，接收模块从线阵感光芯片接收的图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号。可选地，上述线阵感光芯片可以为线阵CMOS芯片或者线阵CCD芯片。可选地，上述线阵感光芯片和FPGA处理芯片可以直接连接，其中，上述线阵感光芯片和FPGA处理芯片可以通过通用输入/输出接口连接。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于位移传感器的图像处理装置。根据本专利技术的用于位移传感器的图像处理装置包括：接收模块，用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；图像处理模块，用于对接收的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。其中，图像处理模块包括：低通滤波子模块，用于对接收的图像信号进行低通滤波；以及位移确定子模块，用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据中心点位置与预设参考点的位置确定相对位移值。具体而言，位移确定子模块用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；根据低通滤波后的图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于峰值与下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心；位移确定子模块用于对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点位置。此外，根据本专利技术的图像处理装置可以进一步包括：线阵芯片控制模块，用于根据接收模块接收的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于位移传感器的图像处理系统，包括线阵感光芯片和FPGA处理芯片，其特征在于，所述线阵感光芯片与所述FPGA处理芯片相连接；所述FPGA处理芯片包括接收模块和图像处理模块，其中，所述接收模块用于接收来自所述线阵感光芯片的图像信号；所述图像处理模块用于对所述接收模块所接收到的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。

【技术特征摘要】
1.一种用于位移传感器的图像处理系统，包括线阵感光芯片和FPGA处理芯片，其特征在于，所述线阵感光芯片与所述FPGA处理芯片相连接；所述FPGA处理芯片包括接收模块和图像处理模块，其中，所述接收模块用于接收来自所述线阵感光芯片的图像信号；所述图像处理模块用于对所述接收模块所接收到的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。2.根据权利要求1所述的图像处理系统，其特征在于，所述图像处理模块包括低通滤波子模块和位移确定子模块，其中，所述低通滤波子模块，用于对所述接收模块接收的图像信号进行低通滤波；所述位移确定子模块，用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据所述中心点位置与预设参考点的位置确定相对位移值；其中，所述位移确定子模块用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的所述图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择所述图像信号的多个点并根据所述峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；根据低通滤波后的所述图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于所述峰值与所述下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心点；所述位移确定子模块用于对低通滤波后的所述图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点。3.根据权利要求1所述的图像处理系统，其特征在于，所述FPGA处理芯片进一步包括：线阵芯片控制模块，用于根据来自所述线阵感光芯片的图像信号确定反光物体的表面特性，并根据所述表面特性调整所述光源的发光功率、和/或所述线阵感光芯片的曝光时间。4.根据权利要求3所述的图像处理系统，其特征在于，所述线阵芯片控制模块还用于在所述线阵感光芯片采集图像信号的过程中，通过以下方式中的至少之一对所述线阵感光芯片进行控制：为所述线阵感光芯片提供所述FPGA处理芯片的寄存器配置参数，对所述线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对所述线阵感光芯片的启动进行控制，对所述线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。5.根据权利要求1所述的图像处理系统，其特征在于，进一步包括：存储器，用于存储图像信号和/或相对位移值；存储控制模块，用于对所述存储器进行控制，以实现图像信号和/或相对位移值的存储和读取。6.根据权利要求5所述的图像处理系统，其特征在于，所述存储器包括所述FPGA处理芯片的内置存储器和/或所述FPGA处理芯片的外接存储器，所述外接存储器为DDR3存储器。7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像处理系统，其特征在于，进一步包括：传输模块，用于输出图像信号和/或由所述图像处理模块确定的相对位移值；其中，所述传输模块设置有用于连接外部设备的输出接口，该输出接口包括以下至少之一：USB接口、以太网接口、RS232接口、RS485接口、工业以太网控制自动化技术接口。8.根据权利要求1至6中任一项所述的图像处理系统，其特征在于，所述FPGA处理芯片进一步包括显示屏，用于显示所述相对位移值。9.根据权利要求1至6中任一项所述的图像处理系统，其特征在于，所述线阵感光芯片为线阵CMOS芯片或者线阵CCD芯片；所述线阵感光芯片和所述FPGA处理芯片之间通过通用输入/输出接口直接连接；所述接收模块从所述线阵感光芯片接收的所述图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号。10.一种用于位移传感器的图像处理装置，其特征在于，所述图像处 理装置基于FPGA实现，所述图像处理装置包括：接收模块，用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；图像处理模块，用于对接收的所述图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。11.根据权利要求10所述的图像处理装置，其特征在于，所述图像处理模块包括：低通滤波子模块，用于对接收的所述图像信号进行低通滤波；以及位移确定子模块，用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据所述中心点位置与预设参考点的位置确定相对位移值。12.根据权利要求11所述的图像处理装置，其特征在于，所述位移确定子模块用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的所述图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择所述图像信号的多个点并根据所述峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；根据低通滤波后的所述图像信号的峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵澄澄，原洋，李超，
申请(专利权)人：宁波舜宇智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33