全文摘要
本实用新型公开一种高速工业相机，包括相机外壳、镜头组件、图像采集板、主板、接口板和IO板，主板上设有FPGA图像处理模块、DDR3存储模块和USB3.0处理模块。FPGA图像处理模块处理图像的同时将数据缓存于DDR3存储模块，在后端数据采集系统运行慢或出现干扰的情况下，DDR3存储模块将缓存的数据再重新发送给USB3.0处理模块，由USB3.0处理模块转换成U3Vision格式的网络数据包发送给接口板，保证数据稳定传输，并且FPGA图像处理模块的运算速率可达900M，支持12通道；DDR3存储模块运算速率可达676M；整个相机尺寸小巧，机身尺寸仅为29×29×32.7mm。
主设计要求
1.一种高速工业相机，包括相机外壳、镜头组件及控制组件，其特征在于，所述相机外壳包括外壳头板、外壳底板、外壳盖板和U型板，所述外壳盖板安装于所述U型板两端，且所述外壳盖板与所述U型板构成一中空腔体，所述外壳头板与所述外壳底板安装于所述中空腔体两端，所述镜头组件安装于所述外壳头板第一端；所述控制组件包括叠加安装于所述中空腔体内的图像采集板、主板、接口板和IO板，所述图像采集板与所述主板通过板连接器连接，所述主板与所述接口板通过第一排针\/排母结构连接，所述接口板和IO板通过第二排针\/排母结构连接；所述图像采集板上设有CMOS图像传感器和防尘硅胶，所述主板上设有FPGA图像处理模块、DDR3存储模块和USB3.0处理模块，所述接口板上包含IO隔离模块和USB3.0接口，所述CMOS图像传感器输出端与所述FPGA图像处理模块输入端连接，所述DDR3存储模块与所述FPGA图像处理模块连接，所述FPGA图像处理模块输出端与所述USB3.0处理模块输入端连接，所述USB3.0处理模块输出端与所述USB3.0接口连接，所述IO隔离模块输出端与所述IO板上的IO接口连接。
设计方案
1.一种高速工业相机，包括相机外壳、镜头组件及控制组件，其特征在于，所述相机外壳包括外壳头板、外壳底板、外壳盖板和U型板，所述外壳盖板安装于所述U型板两端，且所述外壳盖板与所述U型板构成一中空腔体，所述外壳头板与所述外壳底板安装于所述中空腔体两端，所述镜头组件安装于所述外壳头板第一端；所述控制组件包括叠加安装于所述中空腔体内的图像采集板、主板、接口板和IO板，所述图像采集板与所述主板通过板连接器连接，所述主板与所述接口板通过第一排针\/排母结构连接，所述接口板和IO板通过第二排针\/排母结构连接；所述图像采集板上设有CMOS图像传感器和防尘硅胶，所述主板上设有FPGA图像处理模块、DDR3存储模块和USB3.0处理模块，所述接口板上包含IO隔离模块和USB3.0接口，所述CMOS图像传感器输出端与所述FPGA图像处理模块输入端连接，所述DDR3存储模块与所述FPGA图像处理模块连接，所述FPGA图像处理模块输出端与所述USB3.0处理模块输入端连接，所述USB3.0处理模块输出端与所述USB3.0接口连接，所述IO隔离模块输出端与所述IO板上的IO接口连接。
2.如权利要求1所述的高速工业相机，其特征在于，所述镜头组件包括镜头盖、镜头转接环、滤光片以及滤光片盖片，所述外壳头板第一端内侧沿其周向设有一安装台，所述滤光片及滤光片盖片依次同轴安装于所述安装台；所述镜头转接环旋接于所述外壳头板第一端，所述镜头盖旋接于所述镜头转换环。
3.如权利要求1所述的高速工业相机，其特征在于，所述图像采集板和所述主板依次叠加固定于所述外壳头板第二端；所述接口板和所述IO板分固定于所述外壳底板。
4.如权利要求1所述的高速工业相机，其特征在于，所述外壳头板与图像采集板之间设有后焦距矫正片，且所述后焦距矫正片设于图像采集板四角。
5.如权利要求4所述的高速工业相机，其特征在于，所述外壳头板第二端还设有定位柱，所述图像采集板上设有与所述定位柱对应的定位孔。
6.如权利要求1所述的高速工业相机，其特征在于，所述外壳底板上设有航空插头和导光柱，且所述外壳底板上设有供所述航空插头、导光柱和USB3.0接口穿过的开口。
7.如权利要求1所述的高速工业相机，其特征在于，所述主板和接口板之间依次设有导热垫和导热铜片，所述导热铜片两端分别与所述外壳盖板和U型板紧密贴合，所述导热垫与所述主板上的FPGA图像处理模块贴合。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及工业相机领域，特别涉及一种高速工业相机。
背景技术
在如今工业化整体水平提高的情况下，工业相机已广泛地应用到医疗器材、车牌识别、工业制造等众多领域，与人们的生活密不可分。从技术上来看，工业相机的发展趋势主要在于接口标准化、集成智能化以及高速标清化。实现高速标清化，速度和分辨率是两个至关重要的参考性能，越高的分辨率包含的图像信息越丰富。因此工业相机需具备更快、更高效的数据传输和数据处理能力，才能在更短的时间处理更多数据以及提高帧率，捕获更多有效瞬间动态变化。
目前，高速工业相机设计的难点主要在于传感器对数据的快速读取、大容量的数据缓存、数据的稳定传输。为实现快速、稳定的数据传输，相机各模块工作时都处于高速运转状态，长时间工作各组件温度升高，容易导致系统工作状态不稳定等问题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种高速工业相机，旨在提高工业相机图像预处理能力，实现更快、更稳的数据传输。
本实用新型提出的高速工业相机，包括相机外壳、镜头组件及控制组件，所述相机外壳包括外壳头板、外壳底板、外壳盖板和U型板，所述外壳盖板安装于所述U型板两端，且所述外壳盖板与所述U型板构成一中空腔体，所述外壳头板与所述外壳底板安装于所述中空腔体两端，所述镜头组件安装于所述外壳头板第一端；所述控制组件包括叠加安装于所述中空腔体内的图像采集板、主板、接口板和IO板，所述图像采集板与所述主板通过板连接器连接，所述主板与所述接口板通过第一排针\/排母结构连接，所述接口板和IO板通过第二排针\/排母结构连接；所述图像采集板上设有CMOS图像传感器和防尘硅胶，所述主板上设有FPGA图像处理模块、DDR3存储模块和USB3.0处理模块，所述接口板上包含IO隔离模块和USB3.0接口，所述CMOS图像传感器输出端与所述FPGA图像处理模块输入端连接，所述DDR3存储模块与所述FPGA图像处理模块连接，所述FPGA图像处理模块输出端与所述USB3.0处理模块输入端连接，所述USB3.0处理模块输出端与所述USB3.0接口连接，所述IO隔离模块输出端与所述IO板上的IO接口连接。
优选地，所述镜头组件包括镜头盖、镜头转接环、滤光片以及滤光片盖片，所述外壳头板第一端内侧沿其周向设有一安装台，所述滤光片及滤光片盖片依次同轴安装于所述安装台；所述镜头转接环旋接于所述外壳头板第一端，所述镜头盖旋接于所述镜头转换环。
优选地，所述图像采集板和所述主板依次叠加固定于所述外壳头板第二端；所述接口板和所述IO板分固定于所述外壳底板。
优选地，所述外壳头板与图像采集板之间设有后焦距矫正片，且所述后焦距矫正片设于图像采集板四角。
优选地，所述外壳头板第二端还设有定位柱，所述图像采集板上设有与所述定位柱对应的定位孔。
优选地，所述外壳底板上设有航空插头和导光柱，且所述外壳底板上设有供所述航空插头、导光柱和USB3.0接口穿过的开口。
优选地，所述主板和接口板之间依次设有导热垫和导热铜片，所述导热铜片两端分别与所述外壳盖板和U型板紧密贴合，所述导热垫与所述主板上的FPGA图像处理模块贴合。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：FPGA图像处理模块在对图像进行处理的同时，将数据缓存在DDR3存储模块中，在后端数据采集系统运行慢速或线缆出现干扰的情况下，DDR3存储模块将缓存的数据再重新发送给USB3.0处理模块，FPGA图像处理模块的运算速率达到900M，可支持12通道，DDR3存储模块运算速率可达676M，USB3.0接口传输速率可达5GB，提高了数据传输速率以及传输稳定性；采用USB3.0接口，支持U3 Vision协议，整个相机设计小巧，机身尺寸仅为29×29×32.7mm，可以很方便地安装到狭小空间里；内部增设导热垫和导热垫片，将主板等控制件产生的热量传导到外壳，加速散热。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型高速工业相机爆炸结构示意图；
图2为本实用新型高速工业相机外壳头板结构示意图；
图3为本实用新型高速工业相机原理框图；
图4为本实用新型FPGA图像处理模块与CMOS图像传感器连接部分的电路图；
图5为本实用新型FPGA图像处理模块与DDR3存储模块连接部分的电路图；
图6为本实用新型FPGA图像处理模块与USB3.0处理模块连接部分的电路图；
图7为本实用新型FPGA图像处理模块与USB3.0处理模块和CMOS图像传感器连接的另一部分电路图；
图8为本实用新型FPGA图像处理模块与电源连接部分的电路图；
图9为本实用新型DDR3存储模块电路图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本实用新型提出的高速工业相机，如图1所示，包括相机外壳、镜头组件及控制组件，所述相机外壳包括外壳头板11、外壳底板12、外壳盖板13和U型板14，所述外壳盖板13安装于所述U型板14两端，且所述外壳盖板13与所述U型板14构成一中空腔体，所述外壳头板11与所述外壳底板12安装于所述中空腔体两端，所述镜头组件安装于所述外壳头板11第一端。
所述控制组件包括叠加安装于所述中空腔体内的图像采集板21、主板22、接口板23和IO板24，所述图像采集板21与所述主板22通过板连接器25连接，所述主板22与所述接口板23通过第一排针\/排母结构26连接，所述接口板23和IO板24通过第二排针\/排母结构27连接。本实施例，所述第一排针\/排母结构26为17PIN排针\/排母结构，所述第二排针\/排母结构27为6PIN排针\/排母结构。
所述图像采集板21上设有CMOS图像传感器和防尘硅胶28，所述主板22上设有FPGA图像处理模块、DDR3存储模块和USB3.0处理模块，所述接口板23上包含IO隔离模块和USB3.0接口29，所述CMOS图像传感器输出端与所述FPGA图像处理模块输入端连接，所述DDR3存储模块与所述FPGA图像处理模块连接，所述FPGA图像处理模块输出端与所述USB3.0处理模块输入端连接，所述USB3.0处理模块输出端与所述USB3.0接口29连接，所述IO隔离模块输出端与所述IO板24上的IO接口连接。
如图3所示，CMOS图像传感器将采集到的图像数据传输给FPGA图像处理模块，由FPGA图像处理模块对图像进行处理，传输给USB3.0处理模块；同时，FPGA图像处理模块将处理后的数据缓存在DDR3存储模块中，在后端数据采集系统运行慢速或线缆出现干扰的情况下，DDR3存储模块将缓存的数据再重新发送给USB3.0处理模块，采用FPGA图像处理模块直接驱动DDR3存储模块实现数据获取和存储，提高了数据处理速率，精简了系统结构，并保证数据在出现干扰的情况下还能稳定传输；USB3.0处理模块用于将接收到的数据转换成网络数据包发送给USB3.0接口29，再通过USB3.0接口29发送到外部设备，该外部设备可以为与工业相机连接的计算机等终端设备。IO接口的输入输出的信号经IO隔离模块隔离后再传输至所述主板22。CMOS图像传感器、FPGA图像处理模块、DDR3存储模块、USB3.0处理模块均通过USB3.0接口29处的网线供电，省去电源布线的麻烦。
本实用新型，FPGA图像处理模块采用Xilinx公司的Spartan-6系列，FPGA图像处理模块与CMOS图像传感器采用并行的方式连接，连接接口为LVDS接口；FPGA图像处理模块与USB3.0处理模块采用FIFO接口连接。如图4至8所示，为FPGA图像处理模块分别与CMOS图像传感器、DDR3存储模块、USB3.0处理模块以及电源连接处FPGA图像处理模块的各部分电路图，FPGA图像处理模块运算速率达到900M，支持12通道。如图9所示，为DDR3存储模块电路图，DDR3存储模块运算速率可达到676M；USB3.0处理模块用于将接收到的数据转换成U3Vision格式的网络数据包发送给USB3.0接口29，传输速度达到5GB。
优选地，所述镜头组件包括镜头盖31、镜头转接环32、滤光片33以及滤光片盖片34，所述外壳头板11第一端内侧沿其周向设有一安装台15，所述滤光片33及滤光片盖片34依次同轴安装于所述安装台15；所述镜头转接环32旋接于所述外壳头板11第一端，所述镜头盖31旋接于所述镜头转换环，所述镜头转接环32为CS镜头转接环，用于将镜头接口由CS口变换成C口。
具体地，所述图像采集板21和所述主板22依次叠加固定于所述外壳头板11第二端，图像采集板21通过两对角分布的六角铜柱4和两对角分布的螺丝固定于所述外壳头板11第二端，所述六角铜柱4一端设有螺纹，另一端设有螺孔，所述六角铜柱4的螺纹端穿过所述图像采集板21与所述外壳头板11的第二端连接，将所述图像采集板21固定于所述外壳头板11的第二端，主板22通过两螺丝固定于六角铜柱4的螺孔端。所述接口板23和所述IO板24分别通过螺丝固定于所述外壳底板12。
本实施例中，外壳头板11第二端外周的方形结构四面均设有2个螺丝固定孔16；外壳底板12外周的方形结构四面也均设有1～2个螺丝固定孔16。相机外壳四周设置的螺丝固定孔16便于相机四面安装，并保证相机安装更牢固。本实用新型的机身尺寸仅为29×29×32.7mm，可方便的安装到狭窄的空间里。
进一步地，所述外壳头板11与图像采集板21之间设有后焦距矫正片，且所述后焦距矫正片设于图像采集板21四角。根据CMOS图像传感器封装高度存在的不同，CMOS图像传感器到镜头的距离存在细微差异，通过后焦距矫正片进行校正，保证光学一致性。
进一步地，所述外壳头板11第二端还设有定位柱17，所述图像采集板21上设有与所述定位柱17对应的定位孔。图像采集板21安装在机壳头板上，定位柱17卡在定位孔里，保证光学精度，使用时无需再进行校正。优选地，定位柱17直径可设为1mm。
进一步地，所述外壳底板12上设有航空插头5和导光柱6，且所述外壳底板12上设有供所述航空插头5、导光柱6和USB3.0接口29穿过的开口。本实施例航空插头5采用6芯航空插头，通过导光柱6闪烁情况区分相机运行状态和传输速率，导光柱6亮表示相机进入工作状态，导光柱6闪烁频率越快表示相机传输速度越快。
本实施例中USB3.0接口29采用带有固定螺丝锁的USB3.0 Type B型接口端子。USB3.0 Type B型接口端子接口处的接触面积大，端口更稳定；接口处带有螺丝锁，进一步保证连接处的牢靠性。
相机在进行高速率的数据传输时主板22发热，长时间工作会影响数据传输稳定性。所述主板22和接口板23之间依次设有导热垫7和导热铜片8，所述导热铜片8两端分别与所述外壳盖板13和U型板14紧密贴合，所述导热垫7与所述主板22上的FPGA图像处理模块贴合，使主板22上产生的热量通过导热铜片8和导热垫7传输到外壳，加速散热。具体地，两螺丝穿过主板22和导热铜片8再固定于六角铜柱4的螺孔端，导热垫7装设于主板22和导热铜片8之间。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接\/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920032562.2
申请日:2019-01-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:94(深圳)
授权编号:CN209299375U
授权时间:20190823
主分类号:H04N 5/225
专利分类号:H04N5/225;G03B17/55
范畴分类:39C;
申请人:深圳市迈德威视科技有限公司
第一申请人:深圳市迈德威视科技有限公司
申请人地址:518000 广东省深圳市龙华区大浪街道新石社区嘉义源数码科技园6号5层
发明人:曾微维
第一发明人:曾微维
当前权利人:深圳市迈德威视科技有限公司
代理人:梁炎芳;谭雪婷
代理机构:44384
代理机构编号:深圳市中科创为专利代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：相机论文; 工业相机论文; 导热垫论文; 高速相机论文; 导热硅胶论文; 计算机主板论文; 工业镜头论文; 滤光片论文; 图像处理论文;