阅读说明：本技术 一种适用于手持式x荧光光谱仪的样品成像系统 (Sample imaging system suitable for hand-held X fluorescence spectrometer ) 是由 刘召贵 何爱军 王嘉勇 高峰 石彦杰 刘凯 任丹丹 于 2020-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统,包括：位于光谱仪的测试腔内并与测试腔窗口对应设置的摄像头模块；背景光模块；输入端与摄像头模块的输出端连接的信号转接模块；输入端与信号转接模块的输出端连接的信号传输模块；以及与信号传输模块的输出端连接用于对图像进行切割和局部放大处理的图像处理模块；其中,信号传输模块包括FPC传输线、包裹在该FPC传输线外部的导电布、包裹在导电布外部的绝缘布以及安装在FPC两端的插头；本发明的样品成像系统能够对分析样品进行成像并将图像信号传输到终端,并解决了在长距离传输等所造成的图像不清晰、花屏、黑屏、卡顿等问题,实现了CMOS图像信号的长距离传输。(The invention discloses a sample imaging system suitable for a handheld X-ray fluorescence spectrometer, which comprises: the camera module is positioned in the test cavity of the spectrometer and corresponds to the window of the test cavity; a background light module; the input end of the signal switching module is connected with the output end of the camera module; the input end of the signal transmission module is connected with the output end of the signal switching module; the image processing module is connected with the output end of the signal transmission module and is used for cutting and partially amplifying the image; the signal transmission module comprises an FPC transmission line, conductive cloth wrapped outside the FPC transmission line, insulating cloth wrapped outside the conductive cloth and plugs arranged at two ends of the FPC; the sample imaging system can image an analysis sample and transmit an image signal to a terminal, solves the problems of unclear image, screen splash, screen blackness, blockage and the like caused by long-distance transmission and the like, and realizes the long-distance transmission of a CMOS image signal.)

一种适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统

技术领域

本发明涉及成像技术领域，尤其是一种适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统。

背景技术

目前，手持式X荧光光谱仪由于其轻便快捷的特性而越来越被客户所青睐，针对特定的应用领域，需要观测到被分析样品的当前检测点位置，这就需要在仪器内部放置摄像头，对样品进行成像；但是由于手持设备结构的原因，仪器的摄像头、成像镜头位于设备内部，焦点在壳体表面样品处，焦距小，光源弱，排线也长，图像信号容易受到干扰，特别是长距离的传输会造成信号偏移、抖动、衰减、失真，可能导致终端的图像花屏、黑屏、卡顿等不良现象；而且摄像头会照射到仪器内部其他器件，增加了成像难度；因此需要寻找一种能够解决此类问题的方法。

发明内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统，能够对分析样品进行成像并将图像信号传输到终端，并解决了在长距离传输和MIPI图像信号抗干扰能力弱等所造成的图像不清晰、花屏、黑屏、卡顿等问题，实现了CMOS图像信号的长距离传输；该适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统包括：位于光谱仪的测试腔内并与测试腔窗口对应设置的摄像头模块；背景光模块，所述背景光模块用于向位于测试腔窗口上的被测样品提供背景光，以便实现图像聚焦，成像清晰；输入端与所述摄像头模块的输出端连接的信号转接模块；输入端与所述信号转接模块的输出端连接的信号传输模块；以及与所述信号传输模块的输出端连接用于对图像进行切割和局部放大处理的图像处理模块；其中，所述信号传输模块包括FPC传输线、包裹在该FPC传输线外部的导电布、包裹在所述导电布外部的绝缘布以及安装在所述FPC传输线两端的插头。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，在手持式X荧光光谱仪对特定的应用领域的样品进行检测时，需要观测到被分析样品的当前检测点位置，这就需要在仪器内部放置摄像头，对样品进行成像；但是由于手持设备结构的原因，排线较长，图像信号容易受到干扰，偏移、抖动、衰减、失真，可能导致终端的图像花屏、黑屏、卡顿等不良现象；而本发明公开的适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统，定义了区别于手机摄像头的新的应用场景；摄像头模块位于手持式X荧光光谱仪的测试腔内，需要拍摄的检测样品位于测试腔窗口表面，摄像头模块依靠内置的所述背景光模块对检测样品进行图像成像；再通过信号转接模块对摄像头模块拍摄得到的图像信号进行转接，延长图像信号的传输距离，保证图像信号传输不失真；然后通过信号传输模块进行长距离传输，FPC传输线外部先包裹一层导电布作为屏蔽层，再包裹一层醋酸布作为绝缘层，防止图像信号受到电磁干扰，使得高性能摄像头在数据大、帧率高时能够进行长距离传输，最后再通过图像处理模块完成对图像信号的采集和处理，从而在终端得到检测样品的清晰图像。

另外，根据本发明公开的一种适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述摄像头模块的摄像头接口为并口，所述信号转接模块包括第一摄像头插座、总线收发器、总线缓存器以及第一转接插座；所述第一摄像头插座输入端与所述摄像头模块的摄像头接口连接，所述总线收发器输入端与所述第一摄像头插座的图像信号总线引脚和控制信号总线引脚对应连接，输出端与所述第一转接插座的图像信号总线引脚和控制信号总线引脚对应连接；所述总线缓存器的输入端和输出端分别与所述第一摄像头插座和所述第一转接插座的I²C总线引脚对应连接，所述第一转接插座与所述信号传输模块的输入端连接。

更进一步地，所述第一摄像头插座和所述第一转接插座采用24PIN的FPC插座。

更进一步地，所述总线缓冲器的芯片型号为PCA9515B，对摄像头的I²C总线进行缓冲，从而增强I²C总线的驱动能力，以支持信号的长距离传输。

更进一步地，所述总线缓冲器输出端的串行时钟接口和串行数据接口以及输入端的串行时钟接口和串行数据接口分别通过上拉电阻R1、R2、R3、R4接AFVDD电源。

通过滤波模块接地，保证电压信号的稳定。

更进一步地，所述总线收发器包括图像信号总线收发单元和控制信号总线收发单元，所述图像信号总线收发单元的输入端与所述第一摄像头插座的图像信号总线引脚连接，输出端与所述第一转接插座的图像信号总线引脚连接，用于对图像信号进行收发传输，增强图像信号的驱动能力，以支撑图像信号的长距离传输；所述控制信号总线收发单元的输入端与所述第一摄像头插座的控制信号总线引脚连接，输出端与所述第一转接插座的控制信号总线引脚连接，用于对摄像头的时钟、复位等控制信号进行收发传输，增强控制信号的驱动能力，以支撑控制信号的长距离传输。

更进一步地，所述总线收发器的芯片型号为SN74ALVCH16245DGVR。

更进一步地，所述AFVDD电源与1V5电源、2V8电源分别通过第一滤波模块、第二滤波模块以及第三滤波模块接地，所述第一滤波模块包括两个并联的电容C2和C4,所述第二滤波模块包括电容C1，所述第三滤波模块包括两个并联的电容C3和C5。

进一步地，所述摄像头模块的摄像头接口为MIPI接口，所述信号转接模块包括转接PCB板、及集成在所述转接PCB板上的第二摄像头插座和第二转接插座，所述第二摄像头插座的输入端与所述MIPI接口对应连接，所述第二摄像头插座的输出端与所述第二转接插座的输入端对应连接，所述第二转接插座的输出端与所述信号传输模块对应连接。

更进一步地，所述第二摄像头插座和所述第二转接插座采用24PIN的FPC插座。

更进一步地，所述第二摄像头插座和所述第二转接插座的MD0引脚之间、MD1引脚之间、MD2引脚之间、MD3引脚之间、MC引脚之间在所述转接PCB板上等长布线且线径为4mil。

更进一步地，所述转接PCB板的正反两侧面分别敷铜接地，覆铜面积大于等于PCB板一侧面面积的二分之一。

第二摄像头插座和第二转接插座的MD0引脚之间、MD1引脚之间、MD2引脚之间、MD3引脚之间、MC引脚之间在转接PCB板上等长布线，且转接PCB板的正反两侧面分别大面积敷铜接地，以增强MIPI信号的抗干扰能力，从而保证图像信号传输不失真，且未使用任何转接芯片，节约成本。

进一步地，AF_VDD电源、DVDD电源、DOVDD电源、AVDD电源分别通过电容C6、C7、C8、C9接地，以保证电源的稳定性。

进一步地，所述背光模块包括固定在测试腔内的灯板，安装在所述灯板上的照明部件，以及安装在所述照明部件正上方并罩住所述照明部件的滤光罩。

通过滤光罩置于被测样品与照明部件之间，对照明部件的光线进行过滤，避免光线太强，在样品图像上形成光点。

更进一步地，所述照明部件为LED灯，所述LED灯为颗LED灯。

进一步地，所述摄像模块包括摄像头、用于对所述摄像头的照射方向和角度进行定位的定位部件以及用于将所述摄像头固定安装在光谱仪测试腔内的固定部件。

更进一步地，所述摄像头具有定焦镜头或自动变焦镜头。

进一步地，两个所述插头均为24PIN插头。

进一步地，两个所述插头分别焊接在所述FPC传输线两端，且焊接处正反两面点有UV胶。

更进一步地，所述信号传输模块制备完成后需进行电性测试。

更进一步地，所述电性测试的测试条件为：导通电阻1欧姆以下，耐压直流250V以上，绝缘阻抗5兆欧以上。

更进一步地，所述FPC传输线端部的24个PIN与所述插头的24个PIN一一对应焊接。

更进一步地，所述绝缘布为绝缘醋酸布。

FPC传输线上先包裹一层导电布，再包裹一层绝缘醋酸布，防止图像信号受到电磁干扰，增强信号的长距离传输能力。

进一步地，图像处理模块基于上位机操作系统进行软件图像处理，软件调用相关API函数，对图像信号进行切割和局部放大，避免周围器件对样品成像产生的影响。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明提供的一个实施例中适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一个实施例中摄像头接口为并口时信号转接模块的电路连接图；

图3为本发明提供的一个实施例中摄像头接口为MIPI接口时信号转接模块的电路连接图；

图4为本发明提供的一个实施例中摄像头接口为MIPI接口时信号转接模块的PCB板布局图；以及

图5为本发明提供的一个实施例中信号传输模块的结构示意图。

其中，10为摄像头模块，11为摄像头，12为定位块，13为固定块，20为背景光模块，21为照明部件，22为灯板，23为滤光罩，30为信号转接模块，P1为第二摄像头插座，P2为第二转接插座，P3为第一摄像头插座，P4为第一转接插座，U1A为图像信号总线收发单元，U1B为控制信号总线收发单元，U2为总线缓存器，40为信号传输模块，P5为插头，41为绝缘醋酸布，50为图像处理模块，60为测试腔窗口表面。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”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发明和简化描述，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发明的限制。

本发明的构思如下，提供一种适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统，定义了区别于手机摄像头的新的应用场景；摄像头模块位于手持式X荧光光谱仪的测试腔内，需要拍摄的检测样品位于测试腔窗口表面，摄像头模块依靠内置的所述背景光模块对检测样品进行图像成像；再通过信号转接模块对摄像头模块拍摄得到的图像信号进行转接，延长图像信号的传输距离，保证图像信号传输不失真；然后通过信号传输模块进行长距离传输，FPC传输线外部先包裹一层导电布作为屏蔽层，再包裹一层醋酸布作为绝缘层，防止图像信号受到电磁干扰，使得高性能摄像头在数据大、帧率高时能够进行长距离传输，最后再通过图像处理模块完成对图像信号的采集和处理，从而在终端得到检测样品的清晰图像。

下面将参照附图来描述本发明，其中图1为本发明提供的一个实施例中适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统的结构示意图；图2为本发明提供的一个实施例中摄像头接口为并口时信号转接模块的电路连接图；图3为本发明提供的一个实施例中摄像头接口为MIPI接口时信号转接模块的电路连接图；图4为本发明提供的一个实施例中摄像头接口为MIPI接口时信号转接模块的PCB板布局图；以及图5为本发明提供的一个实施例中信号传输模块的结构示意图。

如图1至图5所示，根据本发明的实施例，适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统包括：位于光谱仪的测试腔内并与测试腔窗口对应设置的摄像头模块10；背景光模块20，所述背景光模块20用于向位于测试腔窗口上的被测样品提供背景光，以便实现图像聚焦，成像清晰；输入端与所述摄像头模块10的输出端连接的信号转接模块30；输入端与所述信号转接模块30的输出端连接的信号传输模块40；以及与所述信号传输模块40的输出端连接用于对图像进行切割和局部放大处理的图像处理模块50；其中，所述信号传输模块40包括FPC传输线、包裹在该FPC传输线外部的导电布、包裹在所述导电布外部的绝缘布以及安装在所述FPC传输线两端的插头P5。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，在手持式X荧光光谱仪对特定的应用领域的样品进行检测时，需要观测到被分析样品的当前检测点位置，这就需要在仪器内部放置摄像头11，对样品进行成像；但是由于手持设备结构的原因，排线较长，图像信号容易受到干扰，偏移、抖动、衰减、失真，可能导致终端的图像花屏、黑屏、卡顿等不良现象；而本发明公开的适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统，定义了区别于手机摄像头11的新的应用场景；摄像头模块10位于手持式X荧光光谱仪的测试腔内，需要拍摄的检测样品位于测试腔窗口表面60，摄像头模块10依靠内置的所述背景光模块20对检测样品进行图像成像；再通过信号转接模块30对摄像头模块10拍摄得到的图像信号进行转接，延长图像信号的传输距离，保证图像信号传输不失真；然后通过信号传输模块40进行长距离传输，FPC传输线外部先包裹一层导电布作为屏蔽层，再包裹一层醋酸布作为绝缘层，防止图像信号受到电磁干扰，使得高性能摄像头11在数据大、帧率高时能够进行长距离传输，最后再通过图像处理模块50完成对图像信号的采集和处理，从而在终端得到检测样品的清晰图像。

另外，根据本发明公开的一种适用于手持式X荧光光谱仪的样品成像系统还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述摄像头模块10的摄像头接口为并口，所述信号转接模块30包括第一摄像头插座P3、总线收发器、总线缓存器U2以及第一转接插座P4；所述第一摄像头插座P3输入端与所述摄像头模块10的摄像头接口连接，所述总线收发器输入端与所述第一摄像头插座P3的图像信号总线引脚和控制信号总线引脚对应连接，输出端与所述第一转接插座P4的图像信号总线引脚和控制信号总线引脚对应连接；所述总线缓存器U2的输入端和输出端分别与所述第一摄像头插座P3和所述第一转接插座P4的I²C总线引脚对应连接，所述第一转接插座P4与所述信号传输模块40的输入端连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一摄像头插座P3和所述第一转接插座P4采用24PIN的FPC插座，如图2所示。

根据本发明的一些实施例，所述总线缓冲器的芯片型号为PCA9515B，对摄像头11的I²C总线进行缓冲，从而增强I²C总线的驱动能力，以支持信号的长距离传输。

根据本发明的一个实施例，所述总线缓冲器输出端的串行时钟接口和串行数据接口以及输入端的串行时钟接口和串行数据接口分别通过上拉电阻R1、R2、R3、R4接AFVDD电源，如图2所示。

通过滤波模块接地，保证电压信号的稳定。

根据本发明的一些实施例，所述总线收发器包括图像信号总线收发单元U1A和控制信号总线收发单元U1B，所述图像信号总线收发单元U1A的输入端与所述第一摄像头插座P3的图像信号总线引脚连接，输出端与所述第一转接插座P4的图像信号总线引脚连接，用于对图像信号进行收发传输，增强图像信号的驱动能力，以支撑图像信号的长距离传输；所述控制信号总线收发单元U1B的输入端与所述第一摄像头插座P3的控制信号总线引脚连接，输出端与所述第一转接插座P4的控制信号总线引脚连接，用于对摄像头11的时钟、复位等控制信号进行收发传输，增强控制信号的驱动能力，以支撑控制信号的长距离传输。

根据本发明的一个实施例，所述总线收发器的芯片型号为SN74ALVCH16245DGVR。

根据本发明的一个实施例，所述AFVDD电源与1V5电源、2V8电源分别通过第一滤波模块、第二滤波模块以及第三滤波模块接地，所述第一滤波模块包括两个并联的电容C2和C4,所述第二滤波模块包括电容C1，所述第三滤波模块包括两个并联的电容C3和C5，如图2所示。

根据本发明的一些实施例，所述摄像头模块10的摄像头接口为MIPI接口，所述信号转接模块30包括转接PCB板、及集成在所述转接PCB板上的第二摄像头插座P1和第二转接插座P2，所述第二摄像头插座P1的输入端与所述MIPI接口对应连接，所述第二摄像头插座P1的输出端与所述第二转接插座P2的输入端对应连接，所述第二转接插座P2的输出端与所述信号传输模块40对应连接。

根据本发明的一些实施例，所述第二摄像头插座P1和所述第二转接插座P2采用24PIN的FPC插座，如图3所示。

根据本发明的一些实施例，所述第二摄像头插座P1和所述第二转接插座P2的MD0引脚之间、MD1引脚之间、MD2引脚之间、MD3引脚之间、MC引脚之间在所述转接PCB板上等长布线且线径为4mil，如图4所示。

根据本发明的一些实施例，所述转接PCB板的正反两侧面分别敷铜接地，覆铜面积大于等于PCB板一侧面面积的二分之一，如图4所示。

第二摄像头插座P1和第二转接插座P2的MD0引脚之间、MD1引脚之间、MD2引脚之间、MD3引脚之间、MC引脚之间在转接PCB板上等长布线，且转接PCB板的正反两侧面分别大面积敷铜接地，以增强MIPI信号的抗干扰能力，从而保证图像信号传输不失真，且未使用任何转接芯片，节约成本。

根据本发明的一个实施例，AF_VDD电源、DVDD电源、DOVDD电源、AVDD电源分别通过电容C6、C7、C8、C9接地，以保证电源的稳定性，如图3所示。

根据本发明的一些实施例，所述背光模块包括固定在测试腔内的灯板22，安装在所述灯板22上的照明部件21，以及安装在所述照明部件21正上方并罩住所述照明部件21的透明的滤光罩23，如图1所示。

通过滤光罩23置于被测样品与照明部件21之间，对照明部件21的光线进行过滤，避免光线太强，在样品图像上形成光点。

根据本发明的一些实施例，所述照明部件21为LED灯，所述LED灯为颗LED灯。

根据本发明的一些实施例，所述摄像模块包括摄像头11、用于对所述摄像头11的照射方向和角度进行定位的定位部件12以及用于将所述摄像头11固定安装在光谱仪测试腔内的固定部件13，如图1所示。

根据本发明的一些实施例，所述摄像头11具有定焦镜头或自动变焦镜头。

根据本发明的一个实施例，两个所述插头P5均为24PIN插头P5，如图5所示。

根据本发明的一个实施例，两个所述插头P5分别焊接在所述FPC传输线两端，所述FPC传输线端部的24个PIN与所述插头P5的24个PIN一一对应焊接（同向焊接，即PIN1与PIN1连接，PIN2与PIN2连接）；且在所述插头P5与所述FPC传输线的焊接处正反两面点有UV胶。

根据本发明的一些实施例，所述信号传输模块制备完成后需进行电性测试。

根据本发明的一些实施例，所述电性测试的测试条件为：导通电阻1欧姆以下，耐压直流250V以上，绝缘阻抗5兆欧以上。

在焊接处正反两面点UV胶，并进行电性测试以保证连接牢靠，进而保证图像信号传输不失真。

根据本发明的一个实施例，所述绝缘布为绝缘醋酸布41，如图1所示。

FPC传输线上先包裹一层导电布，再包裹一层绝缘醋酸布41，防止图像信号受到电磁干扰，增强信号的长距离传输能力。

根据本发明的一些实施例，图像处理模块50基于上位机操作系统进行软件图像处理，软件调用相关API函数，对图像信号进行切割和局部放大，避免周围器件对样品成像产生的影响。

根据本发明的一个实施例，所述信号传输模块40的长度为200mm。

任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中；在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例；而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。

尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。