(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210203999.4 (22)申请日 2022.03.03 (71)申请人 杭州图谱光电科技有限公司 地址 310030 浙江省杭州市西湖区西园五 路6号奥强大厦1号楼15层 (72)发明人 余飞鸿　郭晓龙　周林鑫　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 专利代理师 白静兰 (51)Int.Cl. H04N 5/232(2006.01) H04N 5/14(2006.01) H04N 5/765(2006.01) (54)发明名称 一种基于单片FPGA的多功能工业相机系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于单片FPGA的多功能 工业相机系统， 包括图像传感器控制模块、 图像 采集模块、 FPGA处理模块和通信传输模块， 图像 采集模块包括图像传感器； 图像传感器控制模块 利用FPGA对图像传感器的工作模式进行实时控 制； 图像采集模块利用图像传感器采集图像， 通 过图像传感器数据接口将像素数据传输到FPGA 处理模块； FPGA处理模块对接收的像素数据依次 实现图像解码功能、 图像翻转功能和硬件ISP功 能后发送给通信传输模块， 还实现软件触发、 相 机自检和在线升级功能； 通信传输模块利用FPGA 以及千兆以太网/USB3.0通用总线实现工业相机 和上位机的实时通信与高速图像数据传输。 该系 统的图像处理速度显著提高、 系统稳定性更高、 降低实施成本和扩 展了工业相机的应用场景。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114584708 A 2022.06.03 CN 114584708 A 1.一种基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 包括图像传感器控制模块、 图像采集模块、 FPGA处 理模块和通信传输模块， 所述图像采集模块包括图像传感器； 所述图像传感器控制模块利用FPGA对图像传感器的工作模式进行实时控制； 所述图像采集模块利用图像传感器采集图像， 通过图像传感器数据接口将像素数据传 输到FPGA处 理模块； 所述FPGA处理模块对接收的像素数据依次实现图像解码功能、 图像翻转功能和硬件 ISP功能后发送给通信传输模块， 还实现软件触发、 相机自检和在线升级功能； 所述通信传输模块利用FP GA以及千兆以太 网/USB3.0通用总线实现工业相机和上位机 的实时通信与高速图像数据传输 。 2.根据权利要求1所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述图像 传感器控制模块利用FPGA对图像传感器的工作模式进 行实时控制的方法为： 所述图像传感 器控制模块利用FPGA解析上位机发送的控制命令， 通过SPI接口/I2C接口配置图像传感器 的寄存器； 所述图像传感器控制模块发送驱动时钟和 不同的驱动信号， 使图像传感器在设 定模式下 稳定工作。 3.根据权利 要求1所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述FP GA 处理模块的图像解码功能利用FPGA搭建各种数据接口的解码电路， 实现不同数据接口、 不 同通道数、 不同位宽的像素 数据解码， 得到稳定对齐的并行图像数据。 4.根据权利 要求1所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述FP GA 处理模块的图像翻转功能包括硬件ROI和图像镜像翻转， 实现图像翻转功能； 所述硬件ROI 根据上位机设置 输出图像感兴趣像素区域； 所述图像镜像翻转实现任意分辨 率图像的镜像翻转。 5.根据权利 要求1所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述FP GA 处理模块的硬件ISP功能包括： 黑电平校正、 镜头阴影校正、 颜色插值、 自动曝光、 自动白平 衡、 颜色校正、 伽马校正、 视频图像降噪、 视频图像锐化和宽动态。 6.根据权利 要求1所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， FP GA处理 模块的相机自检功能利用FPGA内部电路产生的不同形式的测试图像， 针对不同的故障现象 输出不同的测试图像， 实现工业相机故障的精准定位。 7.根据权利 要求1所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述FP GA 处理模块的在线升级功能解析千兆以太网/USB3.0通用总线发送的升级数据包， 对工业相 机中FPGA芯片的Flash存 储器数据进行升级替换。 8.根据权利要求1所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述通信 传输模块通过千兆以太网接口/USB3.0通用总线将上位机控制命令传输给图像传感器控制 模块， 将FPGA控制命令/升级数据包传输到FPGA处理模块； FPGA处理模块通过通信 传输模块 将图像数据高速传输 到上位机 。 9.根据权利要求8所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述通信 传输模块包括千兆以太网控制器， 采用FPGA实现， 由UDP  Core模块和千兆以太网MAC模块组 成， 通过硬件逻辑实现IP、 ARP、 UDP协议的数据包的封装和解析， 遵循AXI4 ‑Memory Map接口 规范和RGMII接口规范； 千兆以太网控制器将相机图像数据封装成UDP协议的格式， 通过千 兆以太网进行图像数据传输； 千兆以太网控制器在网络丢包的情况下满足网络包重发需权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114584708 A 2求。 10.根据权利 要求9所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述UDP   Core模块包括寄存器单 元模块、 数据发送模块和数据接收模块； 所述寄存器单元模块用于存放控制和状态信息， 通过AXI4 ‑Memory Map接口规范映射 为可供CPU读写的寄存器， CPU通过对不同寄存器的访问实现对UDP  Core模块的直接控制和 对千兆以太网MAC模块的间接控制； 所述数据发送模块使用FIFO将待发送数据包转换时钟域， 并将数据包转换成符合千兆 以太网传输规范的UD P数据包， 经 FIFO缓存后发送给千兆以太网MAC模块。 11.根据权利要求10所述的基于单片FPGA的多功能工业相机系统， 其特征在于， 所述千 兆以太网MAC模块将UDP数据包封装为符合以太网协议规范的以太网帧， 并对PHY芯片进行 管理和控制。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114584708 A 3