本发明专利技术提供一种基于USB3.0接口的工业图像采集系统及其图像采集处理方法，包括Camera link接口、图像采集处理模块、存储模块以及USB3.0接口，所述图像采集处理模块包括依次连接的像素合成模块、图像预处理模块、数据缓存模块、图像后处理模块和USB3.0总线控制模块以及与该USB3.0总线控制模块连接的指令解析模块。本发明专利技术基于USB3.0接口实现，全面支持Camera Link Base模式下的8bit、10bit、12bit、14bit、16bit和RGB 24bit图像采集，具有传输速度快、便携性好的特点，与PC的兼容性高，且与其他接口的图像采集装置相比，USB3.0采集装置成本更低，体现出优越的性价比。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器视觉的工业图像采集
，具体涉及一种基于USB3.0接口的工业图像采集系统及其图像采集处理方法，面向移动、便携式应用领域，全面支持Cameralink Base模式下的8bit、lObit、12bit、14bit、16bit和RGB24bit图像采集，最大像素时钟频率85MHz。
技术介绍
随着技术的不断发展，如今机器视觉已经开始被大量应用于工业生产，大大提高了生产效率和可靠性，在工况监视、成品检验和质量控制等领域起到了重要的作用。在一个完整的机器视觉系统中，图像采集的意义非常大，因为通过图像采集后，视频信号就可以转换为计算机使用的数字格式。工业图像采集卡有多种数字接口类型，其中USB3.0是新一代即插即用型通用串行总线的串行通信规范。它由USB协会(USB-1F)管理，既集成了 USB2.0的优势，同时也解决了它的许多局限性问题。在批量(bulk)传输方式中，USB3.0的有效带宽约为400MB/S。这是USB2.0可用带宽的10倍、IEEE-1394b的5倍。对比当今工业相机采集卡领域主要的数字接口，USB3.0接口无论从成本、功耗和速度上都具有非常大的优势。目前国内尚且比较缺乏便携式的USB3.0接口工业图像采集卡，随着机器视觉行业对于传输速率和图像处理要求的不断提高，传统的图像采集系统已经不能适应这种趋势。
技术实现思路
本专利技术提供一种工业图像采集系统，该采集系统基于USB3.0接口实现，具有传输速度快、便携性好的特点，与PC的兼容性高，且与其他接口的图像采集装置相比，USB3.0采集装置成本更低，体现出优越的性价比。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案: 一种基于USB3.0接口的工业图像采集系统，包括Camera link接口、图像采集处理模块、存储模块以及USB3.0接口，所述Camera link接口与图像采集处理模块通过图像信号接口、控制信号接口以及串口信号接口连接，所述图像采集处理模块和存储模块分别与所述USB3.0接口连接，所述图像采集处理模块包括依次连接的像素合成模块、图像预处理模块、数据缓存模块、图像后处理模块和USB3.0总线控制模块以及与该USB3.0总线控制模块连接的指令解析模块，所述Camera I ink接口接收到的图像数据经过像素合成模块转换成像素数字信号，由图像预处理模块进行预处理，通过数据缓存模块进行图像数据缓存控制，再由图像后处理模块进行后处理，所述USB3.0总线控制模块用于将后处理的图像数据和指令解析模块解析完的指令进行传送。进一步地，所述像素合成模块包括依次连接的图像数据提取单元、图像通道选择单元和像素数据合成单元，分别用于对图像数据进行提取、选择图像通道和像素数据合成。进一步地，所述图像预处理模块包括依次连接的像素位置排列单元、像素行填充单元和像素方向排列单元，所述像素位置排列单元用于对像素空间相对位置进行排列，所述像素行填充单元对每行进行像素填充，所述像素方向排列单元将像素数据正序、逆序排列后送入数据缓存模块。进一步地，所述图像后处理模块包括像素行填充剔除单元，用于将填充数据进行剔除操作；与该像素行填充剔除单元连接的BIT转换处理单元，用于将经过剔除操作的数据和解析完的指令根据USB3.0协议规范进行位调整。进一步地，所述图像采集处理模块还包括帧频统计模块，该帧频统计模块的输入端与所述像素合成模块连接，帧频统计模块的输出端与所述USB3.0总线控制模块的输入端连接，该帧频统计模块用于统计图像数据的帧频信息，并通过USB3.0接口传递到PC。本专利技术还提供一种采用上述权利要求所述工业图像采集系统的图像采集处理方法，包括图像数据传输处理与帧频统计以及Camera link串口数据解析与传输，具体步骤如下: 1)根据图像同步信号，接收Cameralink图像各端口数据，同时响应后端要求重新同步图像数据的请求； 2)根据实际前端数据流格式进行图像通道配置，将收到的图像数据写入到对应的内存中； 3)统计接收到的前端图像帧频信息，并通过USB3.0接口进行上传； 4)根据Cameralink协议将不同端口的数据经过组合，拼接成完整的图像数据； 5)图像数据通过像素合成后，需要进行图像数据预处理和图像数据后处理，图像数据预处理模块和后处理模块，分别与数据缓存模块连接，在数据缓存模块中通过乒乓读写机制保证流水线，图像数据和指令数据经过图像后处理模块向USB3.0总线控制模块发送。进一步地，步骤3)中，所述帧频统计的帧频信息是一帧图像对应的像素时钟数目，对于线阵相机，根据行同步信号的上升沿统计每行所用的像素时钟数目，并依次叠加统计到行数结束为止；对于面阵相机而言，则直接根据帧同步信号的上升沿和下降沿统计出一帧图像所用的像素时钟数目。进一步地，步骤5)中，所述图像数据预处理对收到的图像数据进行空间重排，对每个时钟周期内收到的一批图像数据，依次进行像素位置排列、像素行填充和像素方向排列，相关参数根据实际前端数据流格式由图像采集处理模块计算后，在图像预处理模块收取数据之前预先加载。进一步地，步骤5)中，所述数据缓存模块的乒乓读写机制具体方法为:数据缓存分为读写两个步骤，读步骤是从预处理模块中收取图像并进行存储，写步骤则读取前一帧的图像数据发送至图像后处理模块；当写步骤完成前一帧图像数据发送后，切换读写两个步骤，原先负责收取图像数据的读步骤转向图像后处理模块发送本周期内接收到的数据，原先负责发送数据的写步骤则开始收取数据；如此往复，数据缓存模块始终同时收发数据。进一步地，步骤5)中，所述图像数据后处理具体包括:行填充数据剔除和BIT转换处理；所述行填充数据剔除的具体参数与前端实际数据流格式以及数据缓存模块的具体写入方向相关联；所述BIT转换处理包括对剔除填充数据后的图像、指令以及帧频信息，依据USB3.0协议规范进行必要的位调整。由以上技术方案可知，本专利技术具有如下有益效果: 首先，USB3.0接口会使速度得到极大的提升，速度是USB2.0可用宽带的10倍，是IEEE-1394b的5倍，可完全满足Camera link Base模式的速度； 其次，其采集装置便携性好，与PC的兼容性高，方便快捷；且与其他接口的图像采集装置相比，USB3.0采集装置成本更低，体现出优越的性价比； 与传统的技术方案相比，本专利技术提供的基于USB3.0的工业图像采集系统支持Cameralink Base的面扫描和线扫描相机；集成高级tap读写引擎，允许任意方向tap设置；USB3.0独立供电，支持多卡单独使用。【附图说明】图1为本专利技术的结构原理框图； 图2为本专利技术中图像采集处理模块的结构示意图。图中:100Xamera link接口，101、图像信号接口，102、控制信号接口，103、串口信号接口，200、图像采集处理模块，210、像素合成模块，211、图像数据提取单元，212、图像通道选择单元，213、像素数据合成单元，220、图像预处理模块，221、像素位置排列单元，222、像素行填充单元，223、像素方向排列单元，230、数据缓存模块，240、图像后处理模块，241、像素行填充剔除单元，242、Bit转换处理单元，250、US本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于USB3.0接口的工业图像采集系统，包括Camera link接口、图像采集处理模块、存储模块以及USB3.0接口，所述Camera link接口与图像采集处理模块通过图像信号接口、控制信号接口以及串口信号接口连接，所述图像采集处理模块和存储模块分别与所述USB3.0接口连接，其特征在于，所述图像采集处理模块包括依次连接的像素合成模块、图像预处理模块、数据缓存模块、图像后处理模块和USB3.0总线控制模块以及与该USB3.0总线控制模块连接的指令解析模块，所述Camera link接口接收到的图像数据经过像素合成模块转换成像素数字信号，由图像预处理模块进行预处理，通过数据缓存模块进行图像数据缓存控制，再由图像后处理模块进行后处理，所述USB3.0总线控制模块用于将后处理的图像数据和指令解析模块解析完的指令进行传送。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓光，邵云峰，吴畅，唐世悦，董宁，
申请(专利权)人：合肥埃科光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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