基于近红外智能相机的大尺度粒子图像测速仪

摘要

本发明公开了一种基于近红外智能相机的大尺度粒子图像测速仪，属于非接触式明渠测流技术领域。仪器由处理器模块、图像传感器模块、光学系统、网络通信模块和电源模块组成。处理器模块以32位定点DSP芯片为核心，代替PC完成图像的采集、处理及数据传输；图像传感器模块采用数字接口的单色CMOS图像传感器；光学系统由双滤镜切换器、电动三可变镜头、红外LED补光灯、电机驱动模块及照明控制模块构成，用于实现近红外波段或全光谱波段下光学成像的远程控制。仪器采用符合IEEE802.3协议的以太网传输图像、流场数据、状态信息及控制指令，并通过PoE方式供电，和数据传输共用一根电缆。本发明具有抗干扰能力强、时空分辨率高、系统灵活高效的特点。

主权项

一种基于近红外智能相机的大尺度粒子图像测速仪，采用智能相机的系统架构，由处理器模块、图像传感器模块、光学系统、网络通信模块和电源模块组成，其特征在于：处理器模块以一片32位定点DSP芯片TMS320DM642为核心，用于图像数据的处理及传输；图像传感器模块采用分辨率为130万像素的单色CMOS图像传感器MT9M001，用于图像数据的采集；光学系统由双滤镜切换器、电动三可变镜头、红外LED补光灯、电机驱动模块及照明控制模块构成，用于实现近红外波段或全光谱波段下光学成像的远程控制；采用PoE方式供电，和数据传输共用一根电缆；所述的图像传感器模块中CMOS图像传感器通过10‑bit并行数字接口和DSP的视频口VPORT1相连，输出像素数据D[9∶0]；通过SCL和SDA接口和DSP的I²C接口相连，用于内部寄存器的配置，实现图像大小、位置、曝光时间及亮度增益的调节；CMOS传感器的像素时钟信号PIXCLK和行同步信号LINE_VALID分别和DSP的VPORT1接口中的VP1CLK0和VP1CTL0引脚相连；CPLD向CMOS传感器提供48MHz的主时钟CLKIN，通过内嵌的可编程脉冲信号发生器输出快门触发信号TRIGGER，并接收来自CMOS传感器的补光灯触发信号STROBE；所述的电机驱动模块具有四组相同且独立的带光耦隔离的H桥驱动电路；模块的输入为CPLD提供的四路脉宽为0.1s的PWM信号；模块的输出为四路放大信号，一路FILTER信号用于驱动双滤镜切换器中的旋转式磁控体产生旋转，实现双滤镜的切换，另外三路ZOOM、IRIS和FOCUS信号分别用于电动三可变镜头的变焦、光圈和对焦的调节；所述的照明控制模块的输入为CPLD输出的3.3V开关信号，开关信号经光耦隔离后驱动12V直流继电器的初级线圈，进而控制和继电器次级线圈串联的红外LED补光灯的通断；所述的网络通信模块采用物理层芯片RTL8201、网络传输变压器和RJ45网络接口作为物理层接口，通过EMAC接口和处理器模块中的DSP相连，通过RJ45网络接口和电源模块中的PoE分路器相连，提供一条符合IEEE 802.3协议的以太网接入通道，用以传输全部图像数据、流场数据、状态信息及控制指令；所述的电源模块包括PoE分路器和电源变换器两部分：PoE分路器从以太网电缆的空闲线对中分离出48V的直流电源，其中第4、5线为正，第7、8线为负；电源变换器中的双输出降压模块HKS014R5将PoE分路器输出的48V直流电源转换为12V/1.25A和5V/1.5A的两路电源，和光学系统相连，总输出功率为22.5W；电源变换器中的降压式DC‑DC变换器AOZ1010组成两路开关电源转换HKS014R5输出的5V/1.5A电源：一路输出3.3V电压作为DSP的IO电源及整个系统的数字电源，一路输出1.4V电压给DSP的内核供电，两路的最大输出电流均为2A。