專利名稱：接觸式多光譜圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
就圖像傳感器而言，比如應(yīng)用于防偽設(shè)備的圖像傳感器，隨著防偽技術(shù)的不 斷提高，目前的圖像傳感器在時(shí)間及成像信息上己不能適應(yīng)。制約了諸如鈔票鑒 偽設(shè)備的品質(zhì)提高和普及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種接觸式多光譜圖像傳感器，以能夠采 集更多的圖像信息，提高鑒偽能力。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它主要組 成部分包括表面玻璃、多光譜光源、透鏡陣列、圖像傳感器單元陣列、控制和 信號(hào)放大電路以及輸入輸出接口；多光譜光源和透鏡陣列形成光路系統(tǒng)，用于發(fā) 射光線并將物體的反射光聚焦到圖像傳感器單元陣列上；控制、信號(hào)放大電路和
輸入輸出接口構(gòu)成電路系統(tǒng)，用于控制多光譜光源的發(fā)光時(shí)間和時(shí)機(jī)、小信號(hào)的 放大以及生成輸入輸出信號(hào)的時(shí)序控制。
在采用上述技術(shù)方案的同時(shí)，本發(fā)明還可同時(shí)采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案
它以不同波長(zhǎng)的LED顆粒排列成矩陣作為多光譜光源。
電路系統(tǒng)提供啟動(dòng)信號(hào)將圖像傳感器單元陣列的電壓數(shù)據(jù)并行加載到時(shí)鐘 信號(hào)移位寄存器中，時(shí)鐘信號(hào)同步移位寄存器的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)放大電路分三段輸出。
電路系統(tǒng)的工作在時(shí)鐘信號(hào)下同步，包括在時(shí)鐘的一個(gè)上升沿將圖像傳感器 單元的數(shù)據(jù)加載到時(shí)鐘信號(hào)移位寄存器，在每個(gè)時(shí)鐘的下降沿將時(shí)鐘信號(hào)移位寄存器的數(shù)據(jù)輸出。
由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多光譜高速圖像采集，可應(yīng)用 于高速鈔票識(shí)別、鈔票鑒偽、號(hào)碼和字符識(shí)別，以及支票和票據(jù)識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域 的高速、實(shí)時(shí)多光譜圖像信號(hào)的捕獲。本發(fā)明同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)-
1、 使用多光譜光源，其中包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光，可以在廣泛的領(lǐng)域中應(yīng) 用，并且可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，在不對(duì)電路進(jìn)行大量修改的前提下，采用不同 波長(zhǎng)的光源。使用的成像元件可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)亮度檢測(cè)器的充放電， 具有更短的積分時(shí)間。本發(fā)明光源集成。在一個(gè)殼體內(nèi)集成多個(gè)光源，并對(duì)各光 源的曝光時(shí)間和曝光時(shí)刻進(jìn)行獨(dú)立控制。
2、 采用LED發(fā)光顆粒，并且不同光譜的發(fā)光顆粒雙行間隔排列，又更好的
多光譜成像均勻性。
3、 高速成像。本發(fā)明對(duì)目標(biāo)的成像時(shí)間小于0.15毫秒，該特點(diǎn)可以應(yīng)用于 高速實(shí)時(shí)圖像掃描等領(lǐng)域，如鈔票或票據(jù)的高速識(shí)別等。
4、 三段高速信號(hào)輸出，在數(shù)據(jù)輸出部分應(yīng)用了并行技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)輸出 速度，與高速成像技術(shù)結(jié)合可以進(jìn)一步提高該發(fā)明的實(shí)時(shí)圖像捕獲能力。本發(fā)明 的分辨率為200dpi，每行提供1536個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，1536個(gè)像素點(diǎn)分 三段并行輸出，每段輸出512個(gè)像素點(diǎn)，輸出時(shí)間小于0.13毫秒，該輸出模式 與彩色視頻信號(hào)一致，便于應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
5、 本發(fā)明的時(shí)序關(guān)系簡(jiǎn)單，使用FPGA、 DSP或單片機(jī)就可以很容易地實(shí) 現(xiàn)對(duì)該設(shè)備的控制。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖2為本發(fā)明的光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明輸出電平與亮-暗關(guān)系示意圖。
圖4為本發(fā)明亮度輸出信號(hào)和吋鐘信號(hào)、啟動(dòng)信號(hào)的時(shí)間關(guān)系示意圖。圖5為本發(fā)明信號(hào)時(shí)序關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
一、 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，參照附圖1。
本發(fā)明的主要組成部分包括表面玻璃l、多光譜光源2、透鏡陣列3、圖 像傳感器單元陣列4、控制和信號(hào)放大電路5以及輸入輸出接口 6等六個(gè)部分。
其中表面玻璃用于保護(hù)內(nèi)部光路系統(tǒng)合電路系統(tǒng)；多光譜光源和透鏡陣列形成光 路系統(tǒng)，用于發(fā)射光線并將物體的反射光聚焦到圖像傳感器單元陣列上；控制、 信號(hào)放大電路和輸入輸出接口構(gòu)成電路系統(tǒng)，用于對(duì)曝光時(shí)刻和曝光時(shí)間的控制 (即多光譜光源的發(fā)光時(shí)間和時(shí)機(jī)控制)、小信號(hào)的放大以及生成輸入輸出信號(hào) 的時(shí)序控制。'附圖標(biāo)號(hào)7為圖像傳感器殼體。本發(fā)明的時(shí)序關(guān)系簡(jiǎn)單，使用FPGA、 DSP或單片機(jī)就可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)該設(shè)備的控制。
本發(fā)明使用LED顆粒作為光源，為了拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，可以根據(jù)需要焊接 不同波長(zhǎng)的LED顆粒，但不需要對(duì)本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)和電路系統(tǒng)進(jìn)行明顯的改 動(dòng)。LED顆粒排列成矩陣，將多個(gè)光源集成在一起，并且分別控制，既可以捕 獲灰度圖像，也能捕獲彩色圖像。這些光源包括可見(jiàn)光(如紅光、綠光)和不可 見(jiàn)光(如紅外光)，這一特點(diǎn)使其在多幣種鈔票識(shí)別和鑒偽應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
二、 本發(fā)明的光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，參照附圖2。 本發(fā)明為光電一體化設(shè)備，其光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。多光
譜LED的陰極是各個(gè)光源的控制端。在應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)中，建議使用達(dá)林頓三 極管來(lái)控制多光譜LED的陰極。當(dāng)達(dá)林頓三極管的基極為高電平時(shí)，LED導(dǎo)通， 光源點(diǎn)亮，LED的發(fā)光時(shí)間由達(dá)林頓三極管的基極高電平維持時(shí)間決定。目標(biāo) 的反射光經(jīng)過(guò)透鏡聚焦于圖像傳感器單元陣列上。目標(biāo)顏色決定反光強(qiáng)度。圖像 傳感器單元為光敏元件，在一定時(shí)間內(nèi)，光線的作用強(qiáng)度決定在圖像傳感器單元 上積累電荷的數(shù)量。電路系統(tǒng)提供啟動(dòng)信號(hào)將圖像傳感器單元陣列的電壓數(shù)據(jù)并行加載到移位寄存器中。時(shí)鐘信號(hào)同步移位寄存器的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)放大電路分三段輸 出。電路系統(tǒng)的工作在時(shí)鐘信號(hào)下同步，包括在時(shí)鐘的一個(gè)上升沿將圖像傳感器 單元的數(shù)據(jù)加載到移位寄存器，在每個(gè)時(shí)鐘的下降沿將移位寄存器的數(shù)據(jù)輸出。
三、 輸出電平，參照附圖3。
本發(fā)明的輸出電平反映目標(biāo)的亮度，其亮度關(guān)系如圖3所示。該傳感器的暗 電平輸出約為0.2V，亮-暗電平輸出的峰-峰值為l.OV，所以，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 將該傳感器的三段模擬輸出接到偏置電壓為0.2V左右的ADC上。
四、 本發(fā)明控制信號(hào)和輸出信號(hào)時(shí)序關(guān)系
本發(fā)明的控制信號(hào)和輸出信號(hào)是由外部輸入時(shí)鐘信號(hào)同步的。外部時(shí)鐘輸入 信號(hào)的最大工作頻率為5MHz，占空比為25%~50%。時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)的最 大輸入電平為5V。本發(fā)明如果在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿檢測(cè)到輸出啟動(dòng)信號(hào)為高電 平，則圖像傳感器的單元被加載到移位寄存器中，在隨后的時(shí)鐘信號(hào)下降沿三個(gè) 輸出通道并行輸出經(jīng)過(guò)放大的目標(biāo)位置亮度對(duì)應(yīng)得電壓信號(hào)。啟動(dòng)信號(hào)只能跨越 一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿。輸出信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)下降沿80ns后達(dá)到穩(wěn)定，并且能 夠保持100ns。因此，應(yīng)用電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在時(shí)鐘信號(hào)下降沿后80ns后的100ns 時(shí)間內(nèi)完成采樣。
本發(fā)明的亮度輸出信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)和啟動(dòng)信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間關(guān)系如圖4所示， 多光譜LED光源陰極控制信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)、啟動(dòng)信號(hào)以及輸出信號(hào)的關(guān)系如圖 5所示。
本發(fā)明可以在高速紙幣鑒偽儀、高速票據(jù)處理機(jī)等設(shè)備上得到成功應(yīng)用。其 應(yīng)用電路主要包括ADC芯片、控制邏輯芯片和數(shù)據(jù)處理芯片組成。其中控制芯 片用于生成傳感器控制信號(hào)的時(shí)序。數(shù)據(jù)處理芯片用于對(duì)傳感器捕獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理和分析，并將分析結(jié)果通過(guò)通信接口發(fā)往上位機(jī)。
權(quán)利要求
1、接觸式多光譜圖像傳感器，其特征在于它主要組成部分包括表面玻璃、多光譜光源、透鏡陣列、圖像傳感器單元陣列、控制和信號(hào)放大電路以及輸入輸出接口；多光譜光源和透鏡陣列形成光路系統(tǒng)，用于發(fā)射光線并將物體的反射光聚焦到圖像傳感器單元陣列上；控制、信號(hào)放大電路和輸入輸出接口構(gòu)成電路系統(tǒng)，用于控制多光譜光源的發(fā)光時(shí)間和時(shí)機(jī)、小信號(hào)的放大以及生成輸入輸出信號(hào)的時(shí)序控制。
2、 如權(quán)利要求1所述的接觸式多光譜圖像傳感器，其特征在于它以不同波 長(zhǎng)的LED顆粒排列成矩陣作為多光譜光源。
3、 如權(quán)利要求2所述的接觸式多光譜圖像傳感器，其特征在于不同波長(zhǎng)的 LED顆粒雙行間隔排列。
4、 如權(quán)利要求1所述的接觸式多光譜圖像傳感器，其特征在于電路系統(tǒng)提 供啟動(dòng)信號(hào)將圖像傳感器單元陣列的電壓數(shù)據(jù)并行加載到時(shí)鐘信號(hào)移位寄存器 中，時(shí)鐘信號(hào)同步移位寄存器的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)放大電路分三段輸出。
5、 如權(quán)利要求4所述的接觸式多光譜圖像傳感器，其特征在于電路系統(tǒng)的 工作在時(shí)鐘信號(hào)下同步，包括在時(shí)鐘的一個(gè)上升沿將圖像傳感器單元的數(shù)據(jù)加載 到時(shí)鐘信號(hào)移位寄存器，在每個(gè)時(shí)鐘的下降沿將時(shí)鐘信號(hào)移位寄存器的數(shù)據(jù)輸 出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種接觸式多光譜圖像傳感器。它主要組成部分包括表面玻璃、以不同波長(zhǎng)的LED顆粒排列成矩陣而成的多光譜光源、透鏡陣列、圖像傳感器單元陣列、控制和信號(hào)放大電路以及輸入輸出接口；多光譜光源和透鏡陣列形成光路系統(tǒng)，用于發(fā)射光線并將物體的反射光聚焦到圖像傳感器單元陣列上；控制、信號(hào)放大電路和輸入輸出接口構(gòu)成電路系統(tǒng)，用于控制多光譜光源的發(fā)光時(shí)間和時(shí)機(jī)、小信號(hào)的放大以及生成輸入輸出信號(hào)的時(shí)序控制。本發(fā)明采集圖像信息量大，成像速度快，可應(yīng)用于高速鈔票識(shí)別、鈔票鑒偽、號(hào)碼和字符識(shí)別，以及支票和票據(jù)識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域的高速、實(shí)時(shí)多光譜圖像信號(hào)的捕獲。
文檔編號(hào)G07D7/00GK101308540SQ20081006146
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月4日
發(fā)明者鵬 劉, 唐降龍, 野 金, 顧梓昆 申請(qǐng)人:梓昆科技(杭州)有限公司