NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统技术方案

本发明专利技术公开了NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，该系统由嵌入式处理器、线结构光投射器、图像传感器、应用程序、CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口、存储设备组成；其中，嵌入式处理器采用S3C6410型芯片；线结构光投射器选用HLM1230红色激光器，与嵌入式处理器双向连接，用于向被测物体发出光信号；图像传感器选用OV9650型CMOS图像传感器，通过FPC接插件与嵌入式处理器双向连接，用于获取被测对象表面的结构光信息；应用程序用于系统的流程执行和硬件设备的控制；CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口直接与嵌入式处理器双向连接，用于完成系统的调试、PC通信以及与其他设备之间的通信；存储设备通过USB接口与嵌入式处理器双向连接，用于系统的缓存及信息存储。

NEXT series ARM and LINUX measuring systems

The invention discloses a series of NEXT products ARM and LINUX measurement system, the system is composed of embedded processor, line structure light projector, image sensor, application program, CAN bus interface, serial communication interface and Ethernet interface, the storage device; the embedded processor using S3C6410 chip; line structured light projector using HLM1230 red laser bidirectional, connected with the embedded processor, for light signals emitted by the object to be measured; the image sensor using OV9650 CMOS image sensor, two-way connection through FPC connector and embedded processor, used to obtain the measured object surface structure of optical information; application control system for process execution and hardware equipment; CAN bus interface, serial communication interface and Ethernet interface directly connected with the bidirectional embedded processor, used to complete the system Debugging, PC communication and communication with other devices; storage devices are connected with the embedded processor via USB interface, and used for system cache and information storage.

【技术实现步骤摘要】
NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统
本专利技术属于物体测量领域的具体应用，尤其涉及一种用于物体外形特检测的ARM和LINUX测量系统。
技术介绍
工业控制中的视觉系统经历了从模拟到数字、从集中式到分散式的发展过程。早期的视觉系统，采用模拟摄像机进行图像采集，并通过同轴电缆进行视频信号的传输，计算机利用图像采集板卡将模拟量视频信号转变为数字量视频信号后再对其进行进一步的处理。对于模拟视觉系统，由于受视频信号标准的限制，图像分辨率和采集频率受到制约，无法满足高速、高清图像采集和处理的要求；目前这类模拟视觉系统主要应用于对图像质量要求不高的安防监控领域。随着计算机技术的发展，数字视觉系统得以快速发展和应用，它主要采用数字摄像机进行图像采集，通过LVDS，CameraLink，USE，IEEE394/Firewire通信接口将数字图像传输给计算机并进行处理，伴随数字通信带宽和计算机处理能力的提高，数字视觉系统能满足大部分的实际应用需求。面向工业现场应用的视觉系统需满足本地化快速采集处理、整体结构紧凑的要求。基于嵌入式的智能摄像机得到了发展，它一般由DSP、FPGA、ARM高性能微处理器和CCD或CMOS图像传感器组成，由智能摄像机本身完成图像采集、处理和通信传输的功能。与基于PC的视觉系统相比，它在系统结构、功耗、体积方面有很大优势。但在现阶段智能摄像机的应用存在一定的局限性，主要表现在：首先作为高端设备，其成本较高，在工业现场中不太适合作为通用视觉测量传感器进行大范围推广应用；其次，智能摄像机的接口多采用标准视频接口和以太网接口，与工业现场通常使用的现场总线和控制信号输出接口方式不适应；最后，智能摄像机的二次开发难度较大，特别是针对工业现场的不同应用需求而进行的不同图像处理的编程设置比较复杂，对现场工程师的技术水平要求较高。本专利技术面向工业现场应用，提出了一种嵌入式智能视觉测量传感器，它通过图形化组态软件进行编程设置，自主完成图像的采集和处理，配以线结构光投射器，可根据三角测量原理将图像信号转换成测量量或状态量，测量结果可通过现场总线、以太网通信接口输出，实现了现场视觉测量功能。本专利技术利用图形化组态的编程方式降低了视觉测量系统的开发难度，面向工业应用的通信接口提高了工业现场的适应性，对视觉测量系统面向工业现场的应用推广具有重要意义。该系统具有检测精度高、适用范围广、成本低廉、运行稳定、运行速度快的特点。
技术实现思路
为了设计一款符合工业现场需求的嵌入式智能视觉测量系统，本专利技术设计了NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统。本专利技术的目的在于，提供一种具有检测精度高、适用范围广、成本低廉、运行稳定、运行速度快的ARM和LINUX测量系统。为了实现上述系统，本专利技术采取的技术方案是：NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，其特征在于该系统由嵌入式处理器、线结构光投射器、图像传感器、应用程序、CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口、存储设备组成；具体的，线性结构光投射器发出一定模式的结构光，对被测物体进行扫描，结构光在被测物体表面形成特征光条，然后由图像传感器获取的所有激光条纹上的三维坐标信息蕴含着的被测物体的三维外廓特征，通过嵌入式处理器对获取到的信息进行处理和分析，执行应用程序，借助于三维重建相关技术，进而复原被测物体的三维轮廓，从而完成测量，同时通过CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口完成系统的调试、PC通信以及与其他设备之间的通信。在该NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统中，所述嵌入式处理器采用采用Samsung的S3C6410作为核心处理器，它由ARM1176JZF-S内核、几个多媒体协处理器和各种外设IP组成，主频为553/667MHz，ARM1176处理器通过64位AXI总线连接到几个内存控制器上，满足了带宽的需求，支持ITURBT-601/656YCbCr8位标准，其内部存有预览DMA和编解码DMA，并支持图像镜像旋转和数据缩放功能。在该NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统中，所述的NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，其特征在于，所述线结构光投射器选用波长为650nm的HLM1230红色激光器，其最大功耗为5mW，其具有体积小，功耗低，输出稳定的特点，便于集成使用，在传感器硬件设计中，将线结构光投射器与传感器的外观结构做刚性连接，使投射器和图像传感器的相对位置固定，以确保线结构光平面在图像传感器坐标系中相对位置固定，此时，对视觉测量传感器整体结构而言，在图像传感器坐标系下的线结构光平面方程参数为定值，在实际使用中只需对线结构光平面标定一次即可。在该NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统中，所述图像传感器选用OmniVision公司的CMOS图像传感器OV9650，它具有1300×1028个有效可用图像阵列，支持SXGA(1280×1024)，VGA(640×480)，QVGA(320×240)的图像输出格式，在SXGA时最大速率是15fps，在VGA时为30fps，可通过SCCB协议对其内部的寄存器进行不同分辨率格式的设置。在该NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统中，所述CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口借助于Bootloader的操作模式，可通过串口输入调试命令并打印出相关的输出信息，以太网通信除可在调试阶段实现与宿主机的NFS、tftp的服务外，还可传输嵌入式智能视觉测量传感器执行所需的组态序列，以及将采集到的图像和处理得到的三维点坐标信息传送给PC软件客户端，CAN总线主要实现与其他终端的通信功能，以及完成PC端传感器控制命令的下发。在该NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统中，该系统的U-Boot引导程序工作流程如下所示：步骤1、开始；步骤2、初始化IRQ/FIQ模式的栈；步骤3、设置系统时钟；步骤4、初始化定时器；步骤5、检查Flash上的环境参数是否有效；步骤6、初始化串口控制台；步骤7、检测系统内存映射；步骤8、初始化NORFlash；步骤9、将环境参数读入内存指定位置；步骤10、初始化网络设备；步骤11、调用主循环函数；步骤12、判断是否设置环境参数，是则转到步骤13，否则转到步骤15；步骤13、判断时限内串口是否有输入，是则转到步骤15，否则转到步骤14；步骤14、执行系统启动命令；步骤15、循环读取串口数据并执行相应命令。在该NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统中，系统图像传感器的图像采集流程如下所示：步骤1、开始；步骤2、打开视频设备；步骤3、查询视频设备能力；步骤4、设置视频采集格式；步骤5、申请内核空间的视频缓冲区；步骤6、查询申请的视频缓冲区空间信息；步骤7、将视频缓冲区空间映射到用户空间；步骤8、空视频缓冲区入视频输入队列；步骤9、启动视频采集；步骤10、判断是否继续采集，是则转到步骤11，否则转到步骤13；步骤11、空视频缓冲区入视频输入队列；步骤12、视频数据出视频缓冲输出队列；步骤13、关闭视频采集；步骤14、解除内存映射；步骤15、关闭视频设备；步骤16、结束。本专利技术的有益效果是：NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，该系统由嵌入式处理器、线结构光投射器、图像传感器、应用程序、CAN总线本文档来自技高网...

【技术保护点】
NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，其特征在于该系统由嵌入式处理器、线结构光投射器、图像传感器、应用程序、CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口、存储设备组成；其中，嵌入式处理器采用S3C6410型芯片；线结构光投射器选用HLM1230红色激光器；图像传感器选用OV9650型CMOS图像传感器；线结构光投射器与嵌入式处理器双向连接；图像传感器通过FPC接插件与嵌入式处理器双向连接；CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口直接与嵌入式处理器双向连接；存储设备通过USB接口与嵌入式处理器双向连接；具体的，线性结构光投射器发出一定模式的结构光，对被测物体进行扫描，结构光在被测物体表面形成特征光条，然后由图像传感器获取的所有激光条纹上的三维坐标信息蕴含着的被测物体的三维外廓特征，通过嵌入式处理器对获取到的信息进行处理和分析，执行应用程序，借助于三维重建相关技术，进而复原被测物体的三维轮廓，从而完成测量，同时通过CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口完成系统的调试、PC通信以及与其他设备之间的通信。

【技术特征摘要】
1.NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，其特征在于该系统由嵌入式处理器、线结构光投射器、图像传感器、应用程序、CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口、存储设备组成；其中，嵌入式处理器采用S3C6410型芯片；线结构光投射器选用HLM1230红色激光器；图像传感器选用OV9650型CMOS图像传感器；线结构光投射器与嵌入式处理器双向连接；图像传感器通过FPC接插件与嵌入式处理器双向连接；CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口直接与嵌入式处理器双向连接；存储设备通过USB接口与嵌入式处理器双向连接；具体的，线性结构光投射器发出一定模式的结构光，对被测物体进行扫描，结构光在被测物体表面形成特征光条，然后由图像传感器获取的所有激光条纹上的三维坐标信息蕴含着的被测物体的三维外廓特征，通过嵌入式处理器对获取到的信息进行处理和分析，执行应用程序，借助于三维重建相关技术，进而复原被测物体的三维轮廓，从而完成测量，同时通过CAN总线接口、串行通信接口、以太网接口完成系统的调试、PC通信以及与其他设备之间的通信。2.如权利要求1所述的NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，其特征在于，所述嵌入式处理器采用采用Samsung的S3C6410作为核心处理器，它由ARM1176JZF-S内核、几个多媒体协处理器和各种外设IP组成，主频为553/667MHz，ARM1176处理器通过64位AXI总线连接到几个内存控制器上，满足了带宽的需求，支持ITURBT-601/656YCbCr8位标准，其内部存有预览DMA和编解码DMA，并支持图像镜像旋转和数据缩放功能。3.如权利要求1所述的NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，其特征在于，所述线结构光投射器选用波长为650nm的HLM1230红色激光器，其最大功耗为5mW，其具有体积小，功耗低，输出稳定的特点便于集成使用，在传感器硬件设计中，将线结构光投射器与传感器的外观结构做刚性连接，使投射器和图像传感器的相对位置固定，以确保线结构光平面在图像传感器坐标系中相对位置固定，此时，对视觉测量传感器整体结构而言，在图像传感器坐标系下的线结构光平面方程参数为定值，在实际使用中只需对线结构光平面标定一次即可。4.如权利要求1所述的NEXT系列产品ARM和LINUX测量系统，其特征在于，所述图像传感器选用OmniVision公司的CMOS图...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐云鹏，
申请(专利权)人：江西恒盛晶微技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36