接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金融機(jī)具領(lǐng)域，一種接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是：采集到的圖像中有噪聲點(diǎn)；采集的圖像段與段之間的整體亮度差異大；無法同時(shí)采集同一紙幣不同種類光源下的圖像。本發(fā)明方法如下：設(shè)置上下兩個(gè)對(duì)稱的多光源CIS圖像傳感器采集原始圖像；采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過濾波后送到兩個(gè)獨(dú)立的A/D采樣模塊量化為數(shù)字信號(hào)；A/D采樣模塊將數(shù)字信號(hào)送給FPGA進(jìn)行補(bǔ)償、拼接、壓縮、存儲(chǔ)；FPGA將信號(hào)發(fā)送給主控芯片；主控芯片將兩路信息放到外部RAM兩個(gè)獨(dú)立地址區(qū)域中緩存；整張圖片采集完成后，DSP從外部RAM中取出圖片進(jìn)行處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：采集的圖像噪聲少；同時(shí)采集紙幣在不同光源下的圖像；采集出的圖像更平滑，圖像質(zhì)量更高。
【專利說明】接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金融機(jī)具領(lǐng)域，具體地說是一種接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]接觸式圖像傳感器,英文名稱Contact Image Sensor,縮寫為CIS。接觸式圖像傳感器將感光單元緊密排列，直接收集被掃描稿件反射的光線信息，具有造價(jià)低廉、無需透鏡組、體積小、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。以前被用于傳真、掃描、紙幣票據(jù)識(shí)別等領(lǐng)域，現(xiàn)在金融設(shè)備驗(yàn)鈔機(jī)、點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)、ATM存取款機(jī)、紙幣清分機(jī)中也廣泛應(yīng)用。接觸式圖像傳感器在金融設(shè)備中的應(yīng)用，具有減少了驗(yàn)鈔機(jī)、點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)、ATM存取款機(jī)、紙幣清分機(jī)的體積；增加了圖像采集的穩(wěn)定性，提高了點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)的圖像鑒偽可靠性的優(yōu)點(diǎn)。但是現(xiàn)有的接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法仍然具有下列缺點(diǎn)。1.無法去除電路中其他信號(hào)的干擾，使得所采集到的圖像中有噪聲點(diǎn)；2.無法克服接觸式圖像傳感器每段之間光源亮度的差異，使得采集到的圖像段與段之間的整體亮度差異大；3.無法同時(shí)采集同一紙幣不同種類光源下的圖像。由于上述缺點(diǎn)的存在，使得金融設(shè)備驗(yàn)鈔機(jī)、點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)、ATM存取款機(jī)、紙幣清分機(jī)鑒別假幣的準(zhǔn)確率降低，造成一些假幣流入市場、銀行和社會(huì)，給國家金融帶來嚴(yán)重危害。
[0003]由于接觸式圖像傳感器在現(xiàn)有金融設(shè)備中應(yīng)用廣泛，作用重要，所以發(fā)明一種克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，具有采集的圖像噪聲??；圖像平滑沒有段間差異；同時(shí)采集同一個(gè)紙幣在不同光源下的圖像等優(yōu)點(diǎn)的接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法是十分重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種采集的圖像噪聲小，圖像平滑沒有段間差異，可同時(shí)采集同一個(gè)紙幣在不同光源下的圖像等優(yōu)點(diǎn)的接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法，步驟如下:
[0007](I)設(shè)置上下兩個(gè)對(duì)稱的多光源CIS圖像傳感器采集原始圖像；
[0008](2)兩個(gè)CIS圖像傳感器采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過濾波后同時(shí)送到兩個(gè)獨(dú)立的A/D采樣模塊量化為數(shù)字信號(hào)；
[0009](3) A/D采樣模塊將數(shù)字信號(hào)送給FPGA進(jìn)行補(bǔ)償、拼接、壓縮、存儲(chǔ)；
[0010](4) FPGA接收完一行信號(hào)后，將該信號(hào)發(fā)送給主控芯片；
[0011](5)主控芯片將兩路信息放到外部RAM兩個(gè)獨(dú)立地址區(qū)域中緩存；
[0012](6)整張圖片采集完成后，主控芯片從外部RAM中取出圖片進(jìn)行處理。
[0013]步驟(I)中設(shè)計(jì)了 CIS管多段均一化方案，采集一張標(biāo)準(zhǔn)的白紙圖像，計(jì)算出CIS管各段差異，計(jì)算出A/D的采樣偏置電壓的補(bǔ)償值，備開機(jī)時(shí)使用。[0014]步驟(2)兩個(gè)CIS采集到的2*N路模擬信號(hào)先送入濾波模塊去除電路中產(chǎn)生的干擾，然后再采樣量化為2*N路數(shù)字信號(hào)。
[0015]步驟(2)上電后FPGA對(duì)CIS和A/D進(jìn)行初始化，確定CIS的工作頻率和采樣分辨率，確定A/D芯片的工作模式并對(duì)各路偏置電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
[0016]采圖時(shí)主控芯片控制FPGA切換CIS的紅、綠、藍(lán)、紅外反射、紅外透射、紫外光源，采集多光譜圖像。
[0017]量化后的2*N路數(shù)字信號(hào)在FPGA中拼接為2路完整的數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)PGA中壓縮模塊對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，然后這兩路信號(hào)在FPGA中分別被緩存起來，緩存完一行完整的信號(hào)后，將這行信號(hào)發(fā)送給主控芯片。
[0018]本發(fā)明要點(diǎn)在于:
[0019]本發(fā)明采用現(xiàn)場可編程門陣列，英文縮寫為FPGA，來控制接觸式圖像傳感器多光譜圖像的采集及處理，控制接觸式圖像傳感器高速、穩(wěn)定、可靠，同時(shí)采集多種光源下的圖片，解決多段式接觸式圖像傳感器由于每段光源差異造成采集的圖像各段灰度值不均勻的問題。
[0020]本發(fā)明應(yīng)用于金融設(shè)備驗(yàn)鈔機(jī)、點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)、ATM存取款機(jī)、紙幣清分機(jī)中，能夠高速、穩(wěn)定、可靠的控制接觸式圖像傳感器CIS采集圖像，用于對(duì)紙幣的鑒偽、清分和冠字號(hào)提取等，實(shí)現(xiàn)銀行系統(tǒng)紙幣流通的科學(xué)管理。
[0021]為了控制接觸式圖像傳感器CIS高速的采集高質(zhì)量的圖像，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本系統(tǒng)包括現(xiàn)場可編程門陣列、主控芯片、模擬-數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器A/D、接觸式圖像傳感器CIS、有源帶通濾波器等。主控芯片與現(xiàn)場可編程門陣列FPGA雙向連接，CIS的輸入端與現(xiàn)場可編程門陣列FPGA相連接，所訴的CIS的模擬信號(hào)輸出端與濾波器輸入端相連接，A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端與濾波器的輸出端相連接，A/D轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)輸入端與現(xiàn)場可編程門陣列FPGA相連接，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)字信號(hào)輸出端與FPGA相連接。
[0022]現(xiàn)有技術(shù)接觸式圖像傳感器CIS為多段，由多組感光元件拼接而成，多段接觸式圖像傳感器CIS管每段CIS元件存在差異，本發(fā)明對(duì)CIS管采用標(biāo)準(zhǔn)化方案，標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)須采集一張標(biāo)準(zhǔn)的純白色紙，主控芯片根據(jù)每段CIS采集到的圖像來計(jì)算出每段調(diào)整值，并將此值保存到flash中，每次上電后將這個(gè)調(diào)整值發(fā)送給FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)這個(gè)值來相應(yīng)的調(diào)整A/D每段采樣的偏置電壓。
[0023]本發(fā)明基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA的接觸式圖像傳感器CIS多光譜圖像采集及處理方法，對(duì)紙幣、票據(jù)等紙張的正反兩面信息的采集及處理，包括以下步驟:檢測硬件連接是否正確；配置接觸式圖像傳感器CIS的工作模式；主控芯片讀取FLASH芯片，F(xiàn)PGA配置A/D轉(zhuǎn)換芯片；等待用戶操作，消除接觸式圖像傳感器每段光源亮度差異；采一張標(biāo)準(zhǔn)的均勻的白色紙張的圖像；主控芯片計(jì)算圖中CIS每段的調(diào)整系數(shù)，計(jì)算A/D芯片電壓調(diào)整值；主控芯片將這個(gè)調(diào)整值寫入FLASH芯片中保存；主控芯片將這個(gè)調(diào)整值發(fā)送給FPGA，并重新配置A/D芯片；判斷是否要開始采圖；FPGA根據(jù)主控芯片要求打開相應(yīng)的CIS的光源；CIS產(chǎn)生的模擬信號(hào)經(jīng)過濾波器去除毛刺，然后被A/D采樣量化，A/D將量化后的數(shù)字信號(hào)送回給FPGA，F(xiàn)PGA將這些數(shù)據(jù)拼接成兩路完整的連續(xù)的信號(hào)對(duì)其壓縮；FPGA將壓縮好的信號(hào)分別緩存到兩個(gè)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中；將緩存的信息發(fā)送給主控芯片；圖像采集并發(fā)送完畢。[0024]從接通電源到系統(tǒng)穩(wěn)定，上電后FPGA對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，產(chǎn)生CIS控制信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和A/D時(shí)鐘信號(hào)；紙幣進(jìn)入驗(yàn)鈔機(jī)后，主控芯片通知FPGA開始采圖，以及用何種光源采圖；FPGA收到采圖使能信號(hào)和光源信號(hào)后，立即打開或切換CIS上相應(yīng)的光源，同時(shí)使能A/D，CIS開始采圖；兩個(gè)CIS將采集到的2*N路模擬信號(hào)送入濾波模塊進(jìn)行濾波去除毛刺，然后將信號(hào)分別送入兩個(gè)獨(dú)立的A/D采樣模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換量化;A/D采樣模塊將量化后的2*N路數(shù)字信號(hào)送入FPGA拼接成兩路數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)PGA對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行壓縮并緩存起來，當(dāng)收到一行完整的信號(hào)后就將這一行的信號(hào)送給主控芯片；主控芯片將收到的兩路信號(hào)分別存入隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，當(dāng)一張完成的圖像采集完成后，主控芯片再將不同光源下的圖像取出來進(jìn)行處理。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了對(duì)CIS管的標(biāo)準(zhǔn)化方案，即標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)須采集一張標(biāo)準(zhǔn)的白紙的圖像，計(jì)算出CIS管各段差異，進(jìn)而計(jì)算出A/D的采樣偏置電壓的補(bǔ)償值，以便以后開機(jī)時(shí)使用。
[0025]上電后現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA對(duì)CIS和A/D進(jìn)行初始化，確定CIS的工作頻率和采樣分辨率，確定A/D芯片的工作模式并對(duì)各路偏置電壓進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償。
[0026]現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA何時(shí)產(chǎn)生的CIS使能信號(hào)、光源信號(hào)以及A/D模塊使能信號(hào)是由主控芯片間接控制的。
[0027]開始采圖后主控芯片可以根據(jù)不同的模式的需要來控制FPGA切換CIS紅、綠、藍(lán)、紅外反射、紅外透射、紫外等光源，采集多光譜圖像。
[0028]根據(jù)需要按照一定的時(shí)間比率，主控芯片定時(shí)發(fā)送切換光源的信號(hào)，然后再根據(jù)這個(gè)比率抽出相應(yīng)行的圖像，即可一次性得到不同光源下的多幅圖像。
[0029]兩個(gè)CIS采集到的2*N路模擬信號(hào)先送入濾波模塊去除電路中產(chǎn)生的干擾，然后再采樣量化為2*N路數(shù)字信號(hào)。
[0030]量化后的2*N路數(shù)字信號(hào)在現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA中拼接為2路完整的數(shù)字信號(hào)，現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA中壓縮模塊對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，然后這兩路信號(hào)在現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA中分別被乒乓緩存起來，緩存為一行完整的信號(hào)，并將這行信號(hào)發(fā)送給主控芯片。主控芯片將這兩路信號(hào)分別存到RAM中，一副圖像采集完成后，根據(jù)不同的時(shí)間(不準(zhǔn)確！)比例抽出不同光源(不準(zhǔn)確！)相應(yīng)的圖像進(jìn)行相應(yīng)(不準(zhǔn)確！)的處理。
[0031]本發(fā)明方法能夠高速、穩(wěn)定、可靠的對(duì)CIS圖像進(jìn)行采集，可用于對(duì)紙幣的鑒偽、清分和冠字號(hào)提取等，進(jìn)而加強(qiáng)銀行系統(tǒng)紙幣流通的科學(xué)管理。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0033]1.能夠?yàn)V除電路中其他信號(hào)的干擾，采集出的圖像噪聲少；
[0034]2.能夠在采圖過程中切換光源，同時(shí)采集紙幣在不同光源下的圖像；
[0035]3.設(shè)計(jì)了接觸式圖像傳感器段與段之間亮度均一化的方案，使采集出的圖像更平滑，圖像質(zhì)量更高；
[0036]4.采集完一行圖像后，在FPGA中對(duì)圖像信息做了壓縮處理，大大減少了圖像傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)量。
[0037]5.提高金融設(shè)備驗(yàn)鈔機(jī)、點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)、ATM存取款機(jī)、紙幣清分機(jī)鑒別假幣的準(zhǔn)確率?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0039]圖2為本發(fā)明現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA總體模塊圖。
[0040]圖3為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]本發(fā)明提供一種應(yīng)用在金融設(shè)備的基于現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA的接觸式圖像傳感器CIS多光譜圖像采集及處理方法。FPGA為現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，英語名稱:Field Programmable Gate Array,縮寫FPGA,是一個(gè)含有可編輯元件的半導(dǎo)體設(shè)備，供使用者現(xiàn)場程序化的邏輯門陣列元件。FPGA的工作原理是:采用邏輯單元陣列，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB(ConfigurabIe Logic Block)、輸出輸入模塊10B(Input Output Block)和內(nèi)部連線(Interconnect)三個(gè)部分。
[0042]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種應(yīng)用在金融領(lǐng)域的基于FPGA控制的CIS多光譜圖像采集及處理方法，本系統(tǒng)由FPGA、主控芯片(單片機(jī)、DSP芯片等)、A/D轉(zhuǎn)換器、CIS、濾波器組成；FPGA配置CIS和A/D轉(zhuǎn)換器的工作模式，提供CIS和A/D轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)序，CIS輸出模擬信號(hào)經(jīng)過濾波濾除電路噪聲后送給A/D采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由FPGA進(jìn)行拼接壓縮等預(yù)處理，并緩存到內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)中，并以行為單位將兩個(gè)CIS采集到的信號(hào)發(fā)送給主控芯片處理。
[0043]主控芯片除了接收?qǐng)D像信息、處理圖像以外還控制著整個(gè)圖像采集的過程，它控制FPGA何時(shí)開始采圖，以何種光源采圖，主控芯片還存儲(chǔ)著CIS段與段之間光強(qiáng)差異均一化后的A/D轉(zhuǎn)換器各通道基準(zhǔn)電壓的調(diào)整值。
[0044]本發(fā)明的特點(diǎn)是:為了控制接觸式圖像傳感器CIS高速的采集高質(zhì)量的圖像，本發(fā)明采用基于FPGA的接觸式圖像傳感器CIS多光譜圖像采集及處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括FPGA、單片機(jī)或DSP等主控芯片、A/D轉(zhuǎn)換器、CIS管、濾波器等。主控芯片與現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA雙向連接，CIS管的輸入端與FPGA相連接，接觸式圖像傳感器CIS管的模擬信號(hào)輸出端與濾波器輸入端相連接，A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端與濾波器的輸出端相連接，A/D轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)輸入端與FPGA相連接，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)字信號(hào)輸出端與FPGA相連接。
[0045]【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0047]本發(fā)明的原理如圖1所示，一種基于FPGA的CIS多光譜圖像采集及處理系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括FPGA、主控芯片、A/D轉(zhuǎn)換器、接觸式圖像傳感器CIS管、濾波器等。所訴的主控芯片與FPGA雙向連接，所訴的CIS管的輸入端與FPGA相連接，所訴的接觸式圖像傳感器CIS管的模擬信號(hào)輸出端與濾波器輸入端相連接，所訴的A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端與濾波器的輸出端相連接，所訴的A/D轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)輸入端與FPGA相連接，所訴的A/D轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)字信號(hào)輸出端與FPGA相連接。
[0048]FPGA的功能模塊圖如圖2所示，F(xiàn)PGA系統(tǒng)中主要包括CIS時(shí)序控制模塊、A/D工作模式配置模塊、A/D采樣時(shí)序控制模塊、PLL時(shí)鐘模塊、A/D數(shù)據(jù)拼接與壓縮模塊、隨機(jī)存儲(chǔ)器的乒乓緩存模塊、UART串口通信模塊、采圖開始/結(jié)束控制模塊、圖像輸出模塊。[0049]本發(fā)明方法的實(shí)施步驟如圖3所示:
[0050]步驟1.檢測硬件是否連接正確；
[0051]步驟2.配置接觸式圖像傳感器CIS的工作模式，如工作頻率、圖像掃描精度DPI等;
[0052]步驟3.主控芯片讀取長壽命的非易失性的存儲(chǔ)器芯片F(xiàn)LASH芯片，F(xiàn)PGA配置A/D轉(zhuǎn)換芯片；
[0053]步驟4.等待用戶操作，是否需要均一化接觸式圖像傳感器，即消除接觸式圖像傳感器每段光源亮度差異，若是則執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟9 ；
[0054]步驟5.采一張標(biāo)準(zhǔn)的均勻的白色紙張的圖像；
[0055]步驟6.主控芯片計(jì)算出圖中CIS每段的調(diào)整系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出A/D芯片相應(yīng)的每段采樣偏置電壓調(diào)整值；
[0056]步驟7.主控芯片將這個(gè)調(diào)整值寫入FLASH芯片中保存；
[0057]步驟8.主控芯片將這個(gè)調(diào)整值發(fā)送給FPGA，并重新配置A/D芯片；
[0058]步驟9.判斷是否要開始采圖，是則執(zhí)行步驟10，否則執(zhí)行步驟4 ；
[0059]步驟10.FPGA根據(jù)主控的要求打開相應(yīng)的CIS的光源；
[0060]步驟11.接觸式圖像傳感器CIS產(chǎn)生的模擬信號(hào)經(jīng)過濾波器去除毛刺，然后被A/D采樣量化，A/D將量化后的數(shù)字信號(hào)送回給FPGA，F(xiàn)PGA將這些數(shù)據(jù)拼接成兩路完整的連續(xù)的信號(hào)，并對(duì)其壓縮；
[0061]步驟12.FPGA將壓縮好的信號(hào)分別緩存到兩個(gè)內(nèi)部的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中；
[0062]步驟13.FPGA將緩存的信息發(fā)送給主控芯片；
[0063]步驟14.若一張圖像采集并發(fā)送完則執(zhí)行步驟4，如未完則執(zhí)行步驟10。
[0064]本實(shí)施例中使用的接觸式圖像傳感器為山東威海華菱光電有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為:WHEC183的寬183毫米的CIS，本CIS具有3個(gè)通道，結(jié)構(gòu)為3段拼接而成，可變掃描精度:50DP1、100DP1、200DPI ;工作電壓為3.3V ;光源電壓為5V。上電時(shí)先對(duì)其進(jìn)行配置，本實(shí)施例配置為200DPI，有效像素為1440。CIS工作頻率為8M，每個(gè)通道有一個(gè)模擬信號(hào)輸出口。CIS正常工作需要一個(gè)像素時(shí)鐘CLK和一個(gè)選通信號(hào)SI，SI大概持續(xù)兩個(gè)CLK時(shí)間，CIS在SI下降沿后65個(gè)CLK時(shí)間開始產(chǎn)生并輸出模擬信號(hào)。
[0065]此CIS有紅、綠、藍(lán)、紅外反射、紅外透射等五種光源。主控芯片根據(jù)需要在CIS每一行信號(hào)采集完后及時(shí)切換光源，即下一行用另外一種光源，這樣可以讓CIS管時(shí)分復(fù)用，同時(shí)采出不同光源下的圖，提高了系統(tǒng)的工作效率。
[0066]本實(shí)施例采用的濾波器為有源帶通濾波器，型號(hào)LT1568，工作電壓為3.3V，中心頻率配置為8MHz，帶寬配置為1MHz，CIS模擬信號(hào)通過濾波器可以有效的去除由電路不穩(wěn)定產(chǎn)生的毛刺等干擾。
[0067]為了和這種CIS配合使用，本實(shí)施例選擇高速16-bit (XD/CIS的專用A/D轉(zhuǎn)換芯片，型號(hào)為:HT82V42，工作電壓為3.3V ;該芯片有3個(gè)通道，可同時(shí)對(duì)CIS的三路模擬信號(hào)采樣。芯片內(nèi)部具有雙相關(guān)采樣電路⑶S和可編程增益放大器PGA可以用其調(diào)整每一路的采樣的偏置電壓，以補(bǔ)償CIS管每段元器件特性不同而導(dǎo)致的圖像段與段之間灰度值的差異，通過配置可使其并行輸出高8為數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)用了兩條CIS管和兩片A/D轉(zhuǎn)換芯片。
[0068]本實(shí)施例采用Altear公司的Cyclone II系列的FPGA，型號(hào)為:EP2C20F484B，工作電壓為3.3V，內(nèi)部有52個(gè)M4K存儲(chǔ)器資源。FPGA為CIS管提供時(shí)序，控制A/D采樣，圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理和傳輸，向外部接口(如PC等上位機(jī))轉(zhuǎn)發(fā)主控芯片指令或數(shù)據(jù)的。由于CIS管的有效像素為1440, —行原始數(shù)據(jù)位1440bit,壓縮處理后為960bit。本系統(tǒng)中申請(qǐng)了兩個(gè)2K的RAM，分別存儲(chǔ)兩個(gè)CIS管的信息。對(duì)于一個(gè)CIS管而言，將連續(xù)的先后兩行的信息乒乓緩存入一個(gè)2K的RAM的高IK空間和低IK空間中，一行存取完后立即產(chǎn)生一個(gè)中斷，通知主控芯片來取數(shù)據(jù)，控制取數(shù)據(jù)的速率高于存數(shù)據(jù)的速率，就可以使得這個(gè)2K的RAM能夠連續(xù)、高效的被使用。
[0069]FPGA部分的設(shè)計(jì)是整個(gè)多光譜圖像采集系統(tǒng)的核心部分，其整體功能模塊如圖2所示，F(xiàn)PGA系統(tǒng)中主要包括CIS時(shí)序控制模塊、A/D工作模式配置模塊、A/D采樣時(shí)序控制模塊、PLL時(shí)鐘模塊、A/D數(shù)據(jù)拼接與壓縮模塊、RAM乒乓緩存模塊、UART串口通信模塊、采圖起始控制模塊、圖像輸出模塊。
[0070]本實(shí)施例使用的主控芯片是TI公司生產(chǎn)的DSP芯片，型號(hào)為:TMS320C6418，工作電壓為3.3V，工作頻率600MHz，處理速度為4800MIPS ;芯片內(nèi)部有16KBytes的LlP和LlD的Cache Memory和215Kbytes的L2 Cache Memory ;芯片各個(gè)外設(shè)的數(shù)據(jù)通過EDMA傳送到CPU進(jìn)行處理；對(duì)于數(shù)據(jù)接口方面，該芯片沒有串口、USB等通用的數(shù)據(jù)接口，因此整個(gè)系統(tǒng)向外部傳送數(shù)據(jù)時(shí)，需要通過FPGA中模擬出來的串口轉(zhuǎn)發(fā)。
[0071]本發(fā)明主要應(yīng)用于金融設(shè)備，金融行業(yè)對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定、處理速度等要求較高，所以本發(fā)明采用了兩個(gè)CIS管，同時(shí)采集紙幣或票據(jù)的正反兩面的圖像，提高了采圖效率；為了解決電壓、溫度等對(duì)電路的影響，在CIS管模擬信號(hào)輸出端和A/D采樣芯片之間增加了一個(gè)濾波器去除掉毛刺；為了解決CIS管每段之間的物理差別導(dǎo)致的圖像每段間灰度值存在差異，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)CIS均一化的方案，即通過采集標(biāo)準(zhǔn)的白紙圖像來計(jì)算CIS管每段的差異，然后調(diào)節(jié)A/D采樣芯片對(duì)每段采樣的偏置電壓，以使CIS采集到的圖像段與段之間灰度值比較均勻。
[0072]上述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不代表本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何更改、變化、替換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法，步驟如下: (1)設(shè)置上下兩個(gè)對(duì)稱的多光源Cis圖像傳感器采集原始圖像； (2)兩個(gè)CIS圖像傳感器采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過濾波后同時(shí)送到兩個(gè)獨(dú)立的A/D采樣模塊量化為數(shù)字信號(hào)； (3)A/D采樣模塊將數(shù)字信號(hào)送給FPGA進(jìn)行補(bǔ)償、拼接、壓縮、存儲(chǔ)； (4)FPGA接受完一行信號(hào)后，將該信號(hào)發(fā)送給主控芯片； (5)主控芯片將兩路信息放到外部RAM兩個(gè)獨(dú)立地址區(qū)域中緩存； (6)整張圖片采集完成后，DSP從外部RAM中取出圖片進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法，其特征在于:步驟(I)為CIS管設(shè)計(jì)了多段均一化方案，采集一張標(biāo)準(zhǔn)的白紙圖像，計(jì)算出CIS管各段差異，計(jì)算出A/D的采樣偏置電壓的補(bǔ)償值，備開機(jī)時(shí)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法，其特征在于:步驟(2)兩個(gè)CIS采集到的2*N路模擬信號(hào)先送入濾波模塊去除電路中產(chǎn)生的干擾，然后再采樣量化為2*N路數(shù)字信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法，其特征在于:步驟(2)上電后FPGA對(duì)CIS和A/D進(jìn)行初始化，確定CIS的工作頻率和采樣分辨率，確定A/D芯片的工作模式并對(duì)各路偏置電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法，其特征在于:采圖時(shí)主控芯片控制FPGA切換ClS的紅、綠、藍(lán)、紅外反射、紅外透射、紫外光源，分時(shí)采集多光譜圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式圖像傳感器多光譜圖像采集及處理方法，其特征在于:量化后的2*N路數(shù)字信號(hào)在FPGA中拼接為2路完整的數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)PGA中壓縮模塊對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，然后這兩路信號(hào)在FPGA中分別被緩存起來，緩存完一行完整的信號(hào)后，將這行信號(hào)發(fā)送給主控芯片。
【文檔編號(hào)】G07D7/20GK103632433SQ201310713990
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】李方震, 尤新革, 陳思龍, 付祥旭, 張巍巍 申請(qǐng)人:尤新革