基于FPGA的焊縫實時圖像采集系統設計

李寧 褚慧慧

【摘要】本文設計出一種以FPGA為控制核心的實時圖像采集系統，選用線陣CCD作為圖像信號采集芯片，通過AD9970將模擬圖像信號轉換成數字信號，并經LVDS接口輸出，LVDS信號經電平轉換模塊轉換成LVTTL信號給FPGA，FPGA控制信號緩存并最終發送給工控機處理。實驗表明，該系統能高速穩定地采集焊縫圖像，提高了焊接速度及焊縫成形質量。

【關鍵詞】FPGA；焊縫；圖像采集；自動化

一、焊縫實時圖像采集系統方案

實時圖像采集系統主要由光傳感部分、模數轉換部分，及圖像數字處理部分組成。整個系統框圖如圖1所示。

本測量系統選用ADI公司專為CCD采集而設計的模數轉換芯片AD9970，該器件由完整的模擬前端和可編程的時序驅動器組成，額定像素速率最高可達65MHz，其使用LVDS進行數字信號輸出。FPGA選用Altera公司的EP3C16Q240C8N芯片，它為CCD傳感器和模數轉換芯片提供時序，保證其正常采集。由模數轉換單元輸出的LVDS信號并不能直接傳送給FPGA，電平轉換電路將LVDS信號轉換成FPGA可接收的3.3V的LVTTL信號。在高速實時圖像采集時，為避免圖像幀的信息丟失，系統在FPGA中開辟一塊FIFO用于信息的緩存。采集到的圖像信息最終通過以太網接口傳送到工控機中，工控機實時計算焊縫的尺寸和質量，再控制焊接機器人進行焊接，在計算到焊接有質量問題時，可實時進行補焊，保證焊接質量。

二、圖像采集系統模塊設計（一）CCD傳感器單元設計

CCD傳感器是整個圖像采集系統的最前端，是核心的部分，其采樣的精度、靈敏度關系到整個系統的精度。……