專利名稱：計(jì)算機(jī)化光存取記憶集成片照像機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)化的光學(xué)精細(xì)測(cè)量技術(shù)及計(jì)算機(jī)低級(jí)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域。
由于光敏動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶集成片(光RAM)的問(wèn)世，便得用于光學(xué)精細(xì)測(cè)量的低價(jià)格的計(jì)算機(jī)化圖象照相機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。美國(guó)BYTE出版公司1983年9月登載了一篇題為“64K-bit光敏動(dòng)態(tài)RAM用于數(shù)字圖象照相機(jī)”的文章，介紹一種計(jì)算機(jī)化光RAM照相機(jī)的設(shè)計(jì)方案。此方案的基本特點(diǎn)是把光RAM片與其他元件結(jié)合成的照相機(jī)做為外部設(shè)備，通過(guò)異步通訊接口與計(jì)算機(jī)連接如

圖1所示，計(jì)算機(jī)通過(guò)接口電路對(duì)光RAM照相機(jī)進(jìn)行控制和處理。
本發(fā)明打破了上述光RAM照相機(jī)與計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)連接方式，提出把光RAM集成片當(dāng)做計(jì)算機(jī)內(nèi)的動(dòng)態(tài)RAM來(lái)處理的新方案，本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案的特征在于在一般微型計(jì)算機(jī)內(nèi)插入一塊控制與驅(qū)動(dòng)電路板，直接與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的地址、數(shù)據(jù)和控制母線相連。曝光時(shí)間的控制軟件采用控制計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的數(shù)目的方法并用匯編語(yǔ)言直接編制。這樣從硬件角度看，把照相機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)接變成了微處理器與RAM之間的聯(lián)接;對(duì)數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，照相機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的傳輸，變成了光RAM和計(jì)算機(jī)內(nèi)部RAM之間的傳輸，計(jì)算機(jī)對(duì)曝光時(shí)間的控制變成計(jì)算機(jī)對(duì)光RAM寫(xiě)入和讀出之間的時(shí)間的控制。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)光RAM照相機(jī)的接口電路及處理過(guò)程，電路簡(jiǎn)單、提高了光RAM照相機(jī)的功能，可與任何類型的微型計(jì)算機(jī)相配，因此，對(duì)于計(jì)算機(jī)初級(jí)視覺(jué)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面展示了很好的前景。
本發(fā)明工作原理分別敘述如下1.光RAM的工作原理本發(fā)明采用IS32光RAM集成電路片。IS32本身有兩個(gè)陣列，每個(gè)陣列有128×256個(gè)象素或者說(shuō)光敏存儲(chǔ)元素，它的特性如下＊陣列元素128×256＊元素尺寸約8×9μM＊垂直中心距21.5μM＊水平中心距8.5μM＊左右兩陣列之距150μM在曝光之前給每個(gè)存儲(chǔ)元素預(yù)先充電到某一固定電壓，當(dāng)曝光時(shí)，每個(gè)元素上的電容電壓以各自的速率開(kāi)始放電，放電速率的大小與該元素上的光強(qiáng)成正比。曝光結(jié)束后，計(jì)算機(jī)把光RAM中每個(gè)元素上的電壓值(1或0)讀到RAM中。在讀出時(shí)，IS32內(nèi)部的放大器把電容上的電壓值和外電路設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。如果電容上的電壓值小于閾值，那么讀出的值為“0”，它代表白色。反過(guò)來(lái)，讀出的值就是“1”，它代表黑色。由此也可知IS32光RAM實(shí)際上就是二值圖象傳感器，只有二級(jí)灰度。
2.灰度等級(jí)的獲取為獲得多級(jí)灰度的圖象，如N＝128級(jí)，可多次改變曝光時(shí)間，而每次的曝光時(shí)間比前一次的來(lái)得長(zhǎng)，這樣可以得到許多不同曝光時(shí)間的二值圖象，計(jì)算出相應(yīng)元素的“0”或“1”的個(gè)數(shù)就可以得到所要的多級(jí)灰度圖象。計(jì)算機(jī)就可以根據(jù)這些數(shù)值畫(huà)出頂視圖、三維圖、X、Y截面圖。
圖4表示了光RAM中元素放電速率與光強(qiáng)之間的關(guān)系。設(shè)tO為開(kāi)始時(shí)的曝光時(shí)間，N代表灰度級(jí)數(shù)，tN代表最后一次的曝光時(shí)間，且tN＝θtO(θ為大于1的任意常數(shù))，那么第n次的曝光時(shí)間可按下式計(jì)算tn＝tO/(1-Jn) (1)式中J＝(θ-1)/(θN)。而放電斜率可計(jì)算如下Kn＝KO(1-Jn) (2)(1)式中的tO可用圖5-1中的程序由“自動(dòng)找曝光時(shí)間”的入口來(lái)找到，也可以由“輸入曝光時(shí)間”入口由鍵盤(pán)輸入加以設(shè)置。(2)式中KO的含義見(jiàn)圖4。θ的取值取決于輸入圖象的反差。
(1)式在取灰度等級(jí)時(shí)用，而(2)式在畫(huà)三維圖及X、Y截面圖時(shí)用。
3.曝光時(shí)間的控制為了測(cè)試光強(qiáng)較強(qiáng)的圖象，如激光束的光強(qiáng)分布，需要盡可能短的曝光時(shí)間。而對(duì)光強(qiáng)很弱的圖象需要較長(zhǎng)的曝光時(shí)間。為解決這個(gè)問(wèn)題本發(fā)明對(duì)曝光時(shí)間的控制采用對(duì)寫(xiě)入和讀出之間的時(shí)間進(jìn)行控制，也就是控制執(zhí)行指令的數(shù)目。在要求曝光時(shí)間短的場(chǎng)合，在寫(xiě)入(就是給存儲(chǔ)元素預(yù)先充電)和讀出之間少執(zhí)行幾條相同的指令，相反，就多執(zhí)行幾條指令，而執(zhí)行某一條指令的時(shí)間是固定的，指令的多少就反映了曝光時(shí)間的長(zhǎng)短。
例如我們假定有4個(gè)存儲(chǔ)元素ρ1，ρ2，ρ3和ρ4，分下面幾種情況討論①先寫(xiě)ρ1再寫(xiě)ρ2，然后回過(guò)來(lái)讀ρ1再讀ρ2，那么寫(xiě)入與讀出之間的時(shí)間差為執(zhí)行一條指令的時(shí)間，假定為t。
②先寫(xiě)ρ1、ρ2再寫(xiě)ρ3，然后依次讀ρ1、ρ2和ρ3，那么寫(xiě)入與讀出之間的時(shí)間差為2t。
③依次寫(xiě)ρ1、ρ2、ρ3和ρ4，然后依次讀ρ1、ρ2、ρ3和ρ4，那么寫(xiě)入與讀出之間的時(shí)間差為3t。
以上討論可以看到控制寫(xiě)和讀之間指令執(zhí)行的數(shù)目就可以得到不同的曝光時(shí)間。對(duì)于要求較長(zhǎng)的曝光時(shí)間，那么可以插入等待指令來(lái)獲得。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是傳統(tǒng)光RAM照相機(jī)原理示意圖;
圖2是本發(fā)明的計(jì)算機(jī)化光RAM照相機(jī)原理示意圖;
圖3是本發(fā)明最佳實(shí)施例原理框圖;
圖4是光RAM象素上的電壓與曝光時(shí)間的光強(qiáng)之間的關(guān)系;
圖5是用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的主程序框圖;
圖6是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的控制曝光時(shí)間的子程序框圖;
本發(fā)明的最佳實(shí)施例原理框圖由圖3所示。光RAM集成電路片作為圖象傳感器，控制與驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)地址、數(shù)據(jù)和控制母線與IBMPC/XT聯(lián)接起來(lái)構(gòu)成?？刂婆c驅(qū)別電路由長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)電路、地址譯碼、行列地址轉(zhuǎn)換、讀/寫(xiě)時(shí)序、光RAM輸入地址譯碼器等電路組成。
由于IS32光RAM輸入的地址與微處理器輸出的地址不能一一對(duì)應(yīng)，所以用了光RAM輸入地址譯碼器。而光RAM類似于動(dòng)態(tài)RAM，所以設(shè)計(jì)了行列地址轉(zhuǎn)換電路和讀/寫(xiě)時(shí)序電路。由于控制和驅(qū)動(dòng)電路(見(jiàn)圖2)是在IBMPC/XT機(jī)器里，而光RAM是在放在鏡頭里(圖中未畫(huà)鏡頭)，兩者之間相距較遠(yuǎn)，所以在圖3中設(shè)計(jì)了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)電路。
另外，因?yàn)镮BMPC/XT的存儲(chǔ)地址范圍很大，而IS32光RAM只有64K，設(shè)置地址譯碼可以把光RAM分配到未被RAM占用的地址空間。
本發(fā)明的主程序用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，框圖如圖5所示。用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的控制曝光時(shí)間子程序如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)化光RAM照相機(jī)，由微型計(jì)算機(jī)、光敏動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取讀寫(xiě)記憶集成片(光RAM)，光學(xué)鏡頭組成，其特征是在于所說(shuō)微型計(jì)算機(jī)內(nèi)插入一控制與驅(qū)動(dòng)電路的控制板通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)的地址、數(shù)據(jù)控制母線相連，曝光時(shí)間的控制軟件采用控制計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的數(shù)目的方法并用匯編語(yǔ)言直接編制。
2.一種如權(quán)利要求1所述的光RAM照相機(jī)，其特征在于所說(shuō)的控制與驅(qū)動(dòng)電路由長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)電路、地址譯碼、行列地址轉(zhuǎn)換、讀/寫(xiě)時(shí)序光RAM輸入地址譯碼器等電路組成。
全文摘要
一種計(jì)算機(jī)化光RAM照相機(jī)，屬于計(jì)算機(jī)化的光學(xué)精細(xì)測(cè)量技術(shù)及計(jì)算機(jī)低級(jí)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在于打破了把光RAM照相機(jī)做為外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的傳統(tǒng)連接方式，提出把光RAM集成片當(dāng)做計(jì)算機(jī)內(nèi)的動(dòng)態(tài)RAM來(lái)處理的新方案，它的曝光時(shí)間可以控制到小于20微秒而成本又極其低廉。這種照相機(jī)在工業(yè)量測(cè)及科學(xué)研究中均可發(fā)揮作用，在計(jì)算機(jī)的低級(jí)視覺(jué)中可有開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01H33/12GK1038544SQ8810787
公開(kāi)日1990年1月3日 申請(qǐng)日期1988年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月16日
發(fā)明者林福宗 申請(qǐng)人:清華大學(xué)