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基于多线阵CCDS相机的大幅面扫描仪高精度实时拼接实现新方法
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2020-10-20
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摘要:提出了一种能实现多线阵CCDS相机大幅面扫描仪实时高精度拼接的新方法,并制作了国内首台大幅面扫描仪。该方法的基本原理是将传统大幅面扫描仪中采用复杂机械系统与软件系统相结合完成的快速高精度拼接工作,移植到FPGA与SDRAM相结合的硬件平台实现。实验结果及实际应用效果表明:采用该高精度实时拼接新方法的多线阵CCD相机的大幅面扫描仪,在1 200 DPI分辨率、AO幅面、2.54 cm/s扫描率下,能够实时拼接3个三线阵CCD相机的图像数据,拼接精度为+1/一1像素,能成功满足大幅面扫描仪的需求。据我们所知,在应用上成功实现大幅面拼接型高精度一次性成像扫描仪的高精度实时拼接,国内、未见报道。
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基于多线阵基于多线阵CCDS相机的大幅面扫描仪高精度实时拼接实现新相机的大幅面扫描仪高精度实时拼接实现新
方法方法
摘要:提出了一种能实现多线阵CCDS相机大幅面扫描仪实时高精度拼接的新方法,并制作了国内首台大幅面扫
描仪。该方法的基本原理是将传统大幅面扫描仪中采用复杂机械系统与软件系统相结合完成的快速高精度拼接
工作,移植到FPGA与SDRAM相结合的硬件平台实现。实验结果及实际应用效果表明:采用该高精度实时拼接
新方法的多线阵CCD相机的大幅面扫描仪,在1 200 DPI分辨率、AO幅面、2.54 cm/s扫描率下,能够实时拼接
3个三线阵CCD相机的图像数据,拼接精度为+1/一1像素,能成功满足大幅面扫描仪的需求。据我们所知,在应
用上成功实现大幅面拼接型高精度一次性成像扫描仪的高精度实时拼接,国内、未见报道。
摘要:提出了一种能实现多线阵CCDS相机大幅面扫描仪实时高精度拼接的新方法,并制作了国内首台大幅面扫描仪。该
方法的基本原理是将传统大幅面扫描仪中采用复杂机械系统与软件系统相结合完成的快速高精度拼接工作,移植到FPGA与
SDRAM相结合的硬件平台实现。实验结果及实际应用效果表明:采用该高精度实时拼接新方法的多线阵CCD相机的大幅面扫
描仪,在1 200 DPI分辨率、AO幅面、2.54 cm/s扫描率下,能够实时拼接3个三线阵CCD相机的图像数据,拼接精度为+1/一1
像素,能成功满足大幅面扫描仪的需求。据我们所知,在应用上成功实现大幅面拼接型高精度一次性成像扫描仪的高精度实时
拼接,国内、未见报道。
0 引言
基于多线阵CCDS相机的拼接型高精度大幅面扫描仪的研制一直是国内、外学者及产业界关注的重点领域,但是由于涉及
精密光路设计心1、复杂机械平台、完备硬件系统H1、友好人机界面、智能算法实现这五个关键技术,其中高精度实时拼接技
术又是其中的重点难点。迄今为止,基于多线阵CCDS相机的拼接型高精度大幅面扫描仪的全部关键技术基本上被国外跨国公
司与大型研究机构所垄断,国内完全依靠进口。
高精度实时拼接技术是多线阵CCDS相机的大幅面扫描仪中的重点难点。由于线阵CCDS相机的视场有限,在视场范围要
求大扫描精度高的大幅面扫描仪应用背景下,单个三线阵CCDS相机显然不能满足需求,因此需要多个三线阵相机拼接实现。
拼接最重要的指标是保证图像信息不丢失不错位,最理想的情况是,所有三线阵CCDS相机保持在同一水平面,相邻两个
相机采集图像的像素连续。
为了适应拼接型多线阵CCDS大幅面扫描仪这一应用需求,通常采用光学拼接或光学拼接加入软件后续处理¨01.光学拼接
通过分光棱镜将多个线阵CCDS相机首位相连,即前一级CCDS相机最后一个有效像素与下一级CCDS相机第1个有效像素相
连,其精度要求偏差在1个像素以内,且多个CCDS相机所有像素必须在同一个水平面上,这对机械加工精度要求非常高,相
应成本也非常高,其拼接精度随着使用时间增加而降低。光学拼接加入软件后续处理通过将相邻两个CCDS相机有效像素进行
重叠以此保证图像信息不丢失,然后将采集到的图像信息保存在电脑内存里,通过软件算法将每个相机采集到的图像数据上下
左右平移进行拼接,这种拼接方式对机械的精度要求有所降低,但是对电脑配置要求较高,拼接时间较长需要2 s一3 s,对大幅
面扫描仪的实时性有一定影响¨2|.
针对这一问题,笔者深人研究了FPGA/SDRAM/'CCDS的内部结构,通过多次试验验证,提出了一种新的基于多线阵
CCDS相机的大幅面扫描仪高精度实时拼接实现新方法一硬件拼接法。
1 基本理论
1.1拼接原理
为了保证相邻相机首尾相连处数据不丢失,必须使两相机之间有效像素部分重合,如图1拼接原理图所示。
相机1与相机2重叠W1个像素,相机2与相机3重叠W2个像素。将SDRAM的地址分为3个地址分块,相机1对应的初始地址
为ADDRESS-1,相机2对应的初始地址为ADDRESS-2,相机3对应的初始地址为ADDRESS_3.三线阵CCDS相机逐行扫描,将3
个相机采集到的每一行数据分别连续存储到SDRAM开辟的3个地址分块里,因为SDRAM的地址与数据一一对应,知道每一行
数据的首地址,通过对偏移量的设置,从指定每行数据首地址位开始连续读取数据即可对3个相机的数据进行实时拼接。
1.2拼接过程中出现的实际情况与处理方法
实际过程中,由于机械平台加工的精度问题,3个相机可能不在同一水平面上,并且相邻两相机的重叠像素部分也不一定
相同,就造成常规数据传输中有错位现象产生。根据实验与分析,拼接过程中会出现6种可能情况,如图2(a)、2(b)、
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