一种LED照明多光谱成像控制系统

一种led照明多光谱成像控制系统
技术领域
1.本技术属于成像技术领域，尤其涉及一种led照明多光谱成像控制系统。


背景技术：

2.多光谱成像能够多个维度成像待测对象的生物信息，在生物医药、化工、环境检测等领域应用广泛。在光学系统设计方面，传统的多光谱成像检测设备采用迈克尔逊光束干涉风光系统、棱镜分光系统及光栅分光系统，系统设计复杂，价格昂贵。在图像采集系统方面，传统控制系统既要将摄像头驱动控制及其他控制单元组合到一起，通常的方式采用底层驱动摄像头并添加控制指令，但由于不同类型的摄像头驱动方式不同，因此开发难度大。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种led照明多光谱成像控制系统，旨在解决传统的多光谱成像系统的多光谱照明设计复杂，图像采集兼容性差的问题。
4.本技术实施例的第一方面提供了一种led照明多光谱成像控制系统，包括：
5.usb接口，用于插接usb摄像头；
6.led灯板，与所述usb接口连接，用于给提供多波段光线；
7.扩散板，设置在所述led灯板的出光侧，用于使所通过所述多波段光线均匀散布；
8.控制模块，与所述usb接口连接，用于控制所述led灯板的发光波段以及所述usb摄像头进行拍摄操作，以及接收并转发所述usb摄像拍摄的图像数据给终端设备。
9.在一个可选的实施例中，所述控制模块具有用于连接无线摄像头的无线单元，所述控制模块还用于控制所述无线摄像头进行拍摄操作，以及接收并转发所述无线摄像头拍摄的图像数据给终端设备。
10.在一个可选的实施例中，所述led灯板包括基板以及多个不同发光波段的led灯组，多个所述led灯组固定在所述基板的表面，且围设于所述usb接口外围。
11.在一个可选的实施例中，多个所述led灯组包括发光波长分别为460nm、520nm、630nm、580nm、650nm的led灯组。
12.在一个可选的实施例中，每个所述led灯组包括多颗led，多颗所述led以所述usb接口的为中心在所述基板的表面形成圆周阵列。
13.在一个可选的实施例中，每个所述led灯组包括三颗以上的所述led。
14.在一个可选的实施例中，所述终端设备包括上位机和无线终端，所述无线单元包括第一无线接口和第二无线接口，所述控制模块包括：
15.usb接口，用于插接所述usb摄像头；
16.第一切换开关，包括第一端、第二端和第三端，所述第一端与所述第二端和第三端择一接通，所述第一切换开关的第一端与所述usb接口连接，所述第一切换开关的第三端连接到所述第一无线接口，所述第一无线接口用于与所述无线摄像头通讯以传输所述图像数据；
17.集线器，与所述第一切换开关的第二端用于和所述上位机连接，用于数据格式转换；
18.第二切换开关，包括第一端、第二端和第三端，所述第二切换开关的第一端与所述第二切换开关的第二端和所述第二切换开关的第三端择一接通，所述第二切换开关的第三端与所述集线器连接，所述第二切换开关的第二端连接到所述第二无线接口，所述第二无线接口用于与所述无线终端通讯以传输控制命令；
19.控制器，与所述第二切换开关的第一端和所述led灯板连接，用于控制所述第一切换开关和所述第二切换开关切换开关状态，还用于根据所述控制命令输出调光信号驱动所述led灯板的发出相应波段的光线。
20.在一个可选的实施例中，所述调光信号为10khz以上的pwm信号。
21.在一个可选的实施例中，所述usb接口包括usb插接座、滤波电路、开关管和上拉电阻；
22.所述滤波电路连接到所述usb插接座的电源引脚和所述开关管的控制端之间，所述开关管的第一导通端连接到所述控制器的切换检测脚，所述开关管的第二导通端接地，所述上拉电阻连接到切换检测脚和电源电压之间，所述控制器用于根据所述切换检测脚的电平状态输出使能信号控制所述第一切换开关和所述第二切换开关切换开关状态。
23.在一个可选的实施例中，所述滤波电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电阻连接到所述usb插接座的电源引脚和所述开关管的控制端之间，所述第二电阻和所述第一电容并联在开关管的控制端和地之间。
24.在一个可选的实施例中，所述第一无线接口为wifi接口，所述第二无线接口为蓝牙接口。
25.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：设置用于插接摄像头模块的usb接口构成图像采集部分，usb摄像技术成熟，稳定性、兼容性好；另外，采用led灯板提供多波段光线，多光谱照明设计，成本低，解决了多光谱成像系统的多光谱照明设计复杂，图像采集兼容性差的问题。
附图说明
26.图1为本技术实施例一提供的led照明多光谱成像控制系统的结构示意图；
27.图2为本技术实施例二提供的led照明多光谱成像控制系统的结构示意图；
28.图3为图1所示的led照明多光谱成像控制系统的led灯板的结构示意图；
29.图4为图1所示的led照明多光谱成像控制系统的控制电路的结构示意图；
30.图5为图1所示的led照明多光谱成像控制系统的usb接口的电路示意图。
具体实施方式
31.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可
以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
33.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.请参阅图1，本技术提供了一种led照明多光谱成像控制系统包括usb接口11、led灯板12、扩散板13和控制模块14。
36.usb接口11用于插接usb摄像头20；
37.led灯板12与usb接口11连接，led灯板12用于给提供多波段光线；
38.扩散板13设置在led灯板12的出光侧，用于使所通过多波段光线均匀散布；
39.控制模块14与usb接口11连接，用于控制led灯板12的发光波段以及usb摄像头20进行拍摄操作，以及接收并转发usb摄像拍摄的图像数据给终端设备。
40.上述led照明多光谱成像控制系统设置用于插接摄像头模块的usb接口11构成图像采集部分，usb摄像技术成熟，稳定性、兼容性好；另外，采用led灯板12提供多波段光线，多光谱照明设计，成本低，解决了多光谱成像系统的多光谱照明设计复杂，图像采集兼容性差的问题。
41.请参阅图2，在一个可选的实施例中，控制模块14具有用于连接无线摄像头30的无线单元，控制模块14还用于控制无线摄像头30进行拍摄操作，以及接收并转发无线摄像头30拍摄的图像数据给终端设备。
42.本技术的一个特点在于采用多波段led照明，其中led亮度可调，另外，传统多光谱成像仪光源体积庞大，本方案采用多波段led可以有效节省设备体积与制造成本；其次，在传输方案上将有线与无线结合，使应用场景更加广泛。该方案结合产品设计具备小型化、多功能等特点，在生物医疗、化工、环境监测等领域有着广泛应用前景。
43.请参阅图3，在一个可选的实施例中，led灯板12包括基板121以及多个不同发光波段的led灯组122，led灯组122固定在基板121的表面，且围设于usb接口11外围。usb接口11是用于插接usb摄像头20的，led灯组122围设于usb接口11外围将能够对usb摄像头20前的被拍摄物投射角度适当的多波段光线，有利于成像效果，被拍摄物的细节。
44.可选地，多个led灯组122包括发光波长分别为460nm、520nm、630nm、580nm、650nm的led灯组122。每个led灯组122提供不同波段的光线，并且能够分别独立控制开关和发光亮度，使得光谱系统灵活性好，拍摄效果也好。
45.在一个可选的实施例中，每个led灯组122包括多颗led，多颗led以usb接口11的为中心在基板121的表面形成圆周阵列。如此，每个led灯组122单独打开，或多个led灯组122打开时，都能给usb摄像头20前的被拍摄物投射角度适当、亮度均匀的光线。并且，每个led灯组122包括三颗以上的led，本实施例中，每led灯三颗led，三个led呈正三角形排布，将usb接口11围设在内。
46.请参阅图2和图4，在一个可选的实施例中，终端设备包括上位机40和无线终端50，无线单元包括第一无线接口52和第二无线接口54，控制模块14包括第一切换开关142、集线器144、第二切换开关146和控制器148。在一个可选的实施例中，第一无线接口52为wifi接口，第二无线接口54为蓝牙接口。上位机40比如为个人计算机设备，无线终端50比如是笔记本电脑，
47.第一切换开关142包括第一端d+、d-、第二端d1+、d1-和第三端d2+、d2-，第一切换开关142的第一端d+、d-与第二端d1+、d1-和第三端d2+、d2-择一接通，第一切换开关142的第一端d+、d-与usb接口11连接，第一切换开关142的第三端d2+、d2-连接到第一无线接口52，第一无线接口52用于与无线摄像头30通讯以传输图像数据。
48.集线器144与第一切换开关142的第二端d1+、d1-用于和上位机40连接，用于数据格式转换。可选地，集线器144为将usb串口与rs232串口整合成一个端口输出，并连接至上位机40。
49.第二切换开关146包括第一端usart+、usart-、第二端usart1+、usart1-和第三端usart2+、usart2-，第二切换开关146的第一端usart+、usart-与第二切换开关146的第二端usart1+、usart1-和第二切换开关146的第三端usart2+、usart2-择一接通，第二切换开关146的第三端usart2+、usart2-与集线器144连接，第二切换开关146的第二端usart1+、usart1-连接到第二无线接口54，第二无线接口54用于与无线终端50通讯以传输控制命令。
50.控制器148与第二切换开关146的第一端usart+、usart-和led灯板12连接，用于控制第一切换开关142和第二切换开关146切换开关状态，还用于根据控制命令输出调光信号驱动led灯板12的发出相应波段的光线。
51.在一个可选的实施例中，为了使led不出现频闪现象，调光信号采用10khz以上的pwm信号。
52.在该实施例中，有线传输采用usb二合一接口输出，无线传输采用wifi+蓝牙组合方式。
53.请参阅图4，usb摄像头20的管脚连接第一切换开关142的第一端d+、d-，通过改变第一切换开关142的控制端switch1的电平切换导通的通道。当控制端switch1输入高电平时，第一切换开关142的第二端d1+、d1-通道打开，第三端d2+、d2-通道关闭，usb摄像头20的图像数据以有线的方式传输至集线器144后传输到上位机40；当控制端switch输入低电平时，第二端d1+、d1-通道关闭，第三端d2+、d2-通道打开，usb摄像头20的图像数据传输至第一无线接口52后以无线的方式转发至无线终端50。
54.第二切换开关146负责控制指令有线传输模式与无线传输模式切换。当第二切换开关146的控制端switch2输入高电平时，第二切换开关146的第三端usart2+、usart2-端口打开，第二切换开关146的第二端usart1+、usart1-端口关闭，控制指令为有线传输模式；当第二切换开关146的控制端switch2输入低电平时，第二切换开关146的第三端usart2+、usart2-端口关闭，第二切换开关146的第二端usart1+、usart1-端口打开，控制指令为无线传输模式。
55.控制器148用于调光信号的输出以及串口通讯，当控制器148的切换检测脚input低电平输入时，表示有usb摄像头20插接到usb接口11，控制器148的控制脚输出高电平到第一切换开关142的控制端switch1和第二切换开关146的控制端switch2。当切换检测脚
input高电平输入时，表示没有usb摄像头20插接到usb接口11，控制器148的控制脚输出低电平到第一切换开关142的控制端switch1和第二切换开关146的控制端switch2。
56.请参阅图5，在一个可选的实施例中，usb接口11包括usb插接座111、滤波电路112、开关管q1和上拉电阻r0；该电路组成检测是否有usb摄像头20插接到usb接口11、
57.滤波电路112连接到usb插接座111的电源引脚vbus和开关管q1的控制端之间，开关管q1的第一导通端连接到控制器148的切换检测脚input，开关管q1的第二导通端接地，上拉电阻r0连接到切换检测脚input和电源电压vcc之间，控制器148用于根据切换检测脚input的电平状态输出使能信号控制第一切换开关142和第二切换开关146切换开关状态。
58.有usb摄像头20插接到usb插接座111时，usb插接座111的电源引脚上电输出到开关管q1的控制端，开关管q1导通将制器的切换检测脚input拉低到地(即低电平输入)。无usb摄像头20插接到usb插接座111时，usb插接座111的电源引脚掉电，开关管q1关断，将控制器148的切换检测脚input被上拉电阻r0拉至高电位(即高电平输入)。
59.在一个可选的实施例中，滤波电路112包括第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1，第一电阻r1连接到usb插接座111的电源引脚和开关管q1的控制端之间，第二电阻r2和第一电容c1并联在开关管q1的控制端和地之间。第一电阻r1和第一电容c1起低通滤波作用，第二电阻r2提高开关管q1抗干扰能力，开关管q1为nmos管或npn三极管。
60.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的led照明多光谱成像控制系统设置用于插接摄像头模块的usb接口11和无线单元，usb接口11和无线传输技术的技术成熟，兼容性好；另外，采用led灯板12提供多波段光线，多光谱照明设计，成本低。
61.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。