(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 202210657776.5 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 中国科学院西安 光学精密机 械研究 所 地址 710119 陕西省西安市高新区新型工 业园信息大道17号 (72)发明人 孔亮　夏璞　傅頔　邹纯博　 韩亚娟　刘文龙　刘永征　 (74)专利代理 机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 6121 1 专利代理师 杨引雪 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/202(2006.01) H04N 5/374(2011.01) (54)发明名称 可实现多倍帧频成像的高速工业相机系统 及其成像方法 (57)摘要 本发明涉及一种高速工业相机系统及其成 像方法， 具体涉及可实现多倍帧频成像的高速工 业相机系统及其成像方法。 系统包括串行通信接 口、 N个CMOS探测器、 图像采集设备、 输出接口、 FPGA芯片， 以及M个半透半反光学组件。 M个半透 半反光学组件将入射光分成N束 等效光； 利用N路 触发信号分别控制N个CMOS探测器接收对应的N 束等效光并生成图像数据； 对图像依次进行格式 整理、 存储和排序， 得到N倍于CMOS探测器帧频的 成像。 本发 明采用多个半透半反光学组件实现了 光路的等效复制， 使工业相机的帧频成倍提高， 解决了目前高速工业相机的CMOS探测器价格昂 贵、 对相机 本体的结构设计要求很高的缺 点。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115174768 A 2022.10.11 CN 115174768 A 1.一种可实现多倍帧频成像的高速工业相机系统， 包括串行通信接口(1)、 CMOS探测器 (2)、 图像采集设备(3)、 输出接口(4)， 其特 征在于： 还包括FPGA芯片(5)， 以及M个半透半反光学组件(6)， M＝2x‑1， x为大于等于1的整数； M个所述半透半反光学组件(6)将入射 光分成N束等效光， N ＝2x； 所述CMOS探测器(2)的数量 为N个； 所述输出接口(4)的数量 为N个； N个所述C MOS探测器(2)用于分别接收N束等效光； N个所述C MOS探测器(2)的输出端分别与FPGA芯片(5)连接； 所述FPGA芯片(5)分别通过N个输出接口(4)与图像采集设备(3)相连接； FPGA芯片(5) 用于产生N路触发信号分别控制N个CMOS探测器(2)工作， 接收CMOS探测器(2)输出的图像数 据， 并将图像数据发送至图像采集设备(3)； 所述N路触发信号中相邻两路触发信号的相位 差为360°/N； 所述串行通信接 口(1)与FPGA芯片(5)相连接， 串行通信接 口(1)用于连接外部给定需 要输出的帧频周期T。 2.根据权利要求1所述的可实现多倍帧频成像的高速 工业相机系统， 其特 征在于： M个半透半反光学组件(6)和N个C MOS探测器(2)按以下 方式设置： 第1个半透半反光学组件(6)设置在入射光路上， 其透射光路和反射光路上分别设置一 个半透半反光学 组件(6)， 依此类推， 并在最后的N/2个 半透半反光学 组件(6)的透射光路和 反射光路上分别设置一个C MOS探测器(2)。 3.根据权利要求1所述的可实现多倍帧频成像的高速 工业相机系统， 其特 征在于： M＝3。 4.一种可实现多倍帧频成像的高速工业相机系统的成像方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： [1]从被测物体发出的光线通过M个半透半反光学组件(6)， 被分成N束等效光， N＝2x， x 为大于等于1的整数； [2]利用N路触发信号分别控制N个CMOS探测器(2)接收对应的N束等效光并生成图像数 据； 相邻两路触发信号的相位差为3 60°/N； [3]对生成的图像依次进行格式整理、 存储和排序， 得到输出帧频为f的成像， f＝N · fout， 其中fout为CMOS探测器的帧频。 5.根据权利要求4所述的可实现多倍帧频成像的高速工业相机系统的成像方法， 其特 征在于： 步骤[2]具体为： FPGA芯片(5)根据需要输出的帧频周期T产生N路触发信号， N路触发信号经过处理后产 生N路驱动信号， 分别驱动N个CMOS 探测器(2)接收对应的N束等效光， 并生 成图像数据； 所述 N路触发信号为上升沿有效， 且相邻两路触发信号之间的相位差是360 °/N； 其中， 需要输出 的帧频周期T＝1/(N ·fout)。 6.根据权利要求5所述的可实现多倍帧频成像的高速工业相机系统的成像方法， 其特 征在于： 步骤[2]中， 相邻两个CMOS探测器(2)的工作周期间隔t和每个探测器的帧频周期 Tout的对应关系式为t＝Tout/N。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115174768 A 27.根据权利要求6所述的可实现多倍帧频成像的高速工业相机系统的成像方法， 其特 征在于， 步骤[2]中， 所述需要输出的帧频周期T具体为： FPGA芯片(5)通过串行通信接口接收外 部给定需要输出的帧频周期T； 或者， FPGA芯片(5)没有接收到外部给定需要输出的帧频周期， 则需要输出的帧频周期 T为系统默认帧频周期。 8.根据权利要求7所述的可实现多倍帧频成像的高速工业相机系统的成像方法， 其特 征在于： 步骤[2]中， 在N个CMOS探测器(2)工作的同时， FPGA芯片(5)通过串行通信接口(1)接收 和更新需要输出的帧频周期T。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115174768 A 3