一种岩心扫描仪

一种岩心扫描仪

技术领域

本发明专利涉及扫描仪技术领域，具体涉及一种岩心扫描仪。

背景技术

油气勘探获取的岩心样本是一种宝贵的不可再生资源，石油地质分析数据和地球 物理勘探的物理参数均来自于岩心。由于岩心出桶后，经人工劈开、截断和现场采样，会被 破坏并造成缺失；而且岩心风化后，破损就更加严重。为后期能进行更深入的地质研究，先 对其进行数字化保存就显得极为重要。岩心图像扫描仪是一种利用光学电子技术和图像处 理技术进行岩心图像数字化采集的仪器，它利用图像采集系统作为核心，将岩心扫描成图 像后，存入图文数据库，作后期分析。

目前，绝大多数图像采集设备都是采用分离模块搭建，这类系统实现比较复杂，开 发难度较大，周期较长，不便于成本的控制，而且系统稳定性不高，干扰大，很难达到高精度 成像的要求。为此，本发明提出采用HT66F50主控芯片、线阵CCD和USB接口技术研究高精度 图像采集系统的课题，以解决原有图像采集系统稳定性不高、干扰大、成本高等一系列问 题。

发明专利内容

本发明介绍了一种岩心扫描仪。该扫描器以MOTOROLA的DSP56F826为核心，采用CMOS图 象传感器以逐行扫描方式采集条码数据，并利用高速存储器扩展芯片，配合先进的译码算 法，实现了高效准确的实时处理。

附图说明

图1：采集系统框架图。

图2：CCD的基本结构图。

图3：TCD2901的工作时序图。

图4：LM9833的内部结构图。

图5：步进电机的结构图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明专利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 本发明专利，并不用于限定本发明专利。

本发明介绍了一种岩心扫描仪。本发明是采用自动控制的方法，对岩心图像进行 采集，通过高分辨率CCD岩心图像采集仪的采集头把图像信号转换成数字信号，然后经过采 集板的转换，把数字信号还原成图像信号的一种仪器。本发明可完成石油行业各种地质矿 藏的实时分析和开发、智能化采集、分析岩心图像、永久性保存岩心信息等工作。具有减少 石油岩心的管理成本及人为原因、自然风化等因素造成的岩心信息资料损失和环保的显著 优点，实现了科学化管理、信息化分析岩心。

硬件部分

进一步的，本发明的硬件部分主要包括以下两个个方面：（1）图像采集系统部分；（2）步 进电机以及外围电路的实际控制系统（即系统的外围控制部分）。

进一步的，采集系统框架如图1所示，本发明的图像采集主要包括线性扫描头扫 描，USB3.0高效率传输两个部分。USB3.0的驱动主要在软件部分中进行详细描述，这里仅描 述USB3.O的控制部分。由图1的图像采集系统总体框架图可知，本采集系统主要包括A/D转 换模块，USB接口模块，数字处理模块以及负责控制CCD的驱动时钟、各种同步控制时钟的同 步及控制模块。

进一步的，CCD的基本结构如图2所示，TCD2901的工作时序如图3所示，CCD的首要 功能是完成光电装换，即产生与入射的光谱辐亮度成线性关系的光电荷。当光照射到CCD硅 片上时，在栅极附近的半导体内产生电子-空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载 流子则被收集在势阱中形成信号电荷。光敏元阵列的扫描后，CCD将光电荷从光敏区转移至 屏蔽存储区域。而后，光电荷被按顺序转移至读出寄存器。任何CCD工作都需要具有一定时 序的驱动脉冲的支持，而本设计将采用TCD2901芯片驱动CCD工作。

进一步的，LM9833的内部结构如图4所示，在图像采集系统中除了CCD器件的驱动 与控制之外，还有一个很重要的部分，那就是USB3.0的控制部分，而本发明中我们采用芯片 LM9833控制USB3.0。系统工作流程为：上位机将数据采集指令通过USB总线发送到LM9833， 其CCD控制单元产生驱动CCD所需的时钟脉冲，促使CCD完成光电转换过程并将得到的模拟 信号交给LM9833的AFE（模拟前端），通过程序的配置，在这里进行相关双采样、滤波、放大以 及A/D转换，消除信号中的驱动脉冲及噪声等所造成的干扰。输出的数字信号再经由LM9833 各模块处理，最后存入到外部存储器中，被上位机获取。

步进电机以及外围电路的实际控制系统部分

进一步的，本发明中主要采用单片机HT66F50型号单片机对线性扫描仪中步进电机以 及线性扫描仪的外围电路进行控制；外围电路的控制主要包括某些机械部分的控制。步进 电机的结构图如图5所示，步进电机的转动和旋转方式主要有单片机的三个引脚分别代表A B C 三相，通过输入不同的时序码和控制码控制步进电机的转动和旋转方式。

软件部分

进一步的，本发明的软件部分主要包括芯片LM9833驱动接口USB3.0的部分以及单片机 中外围电路的驱动程序和驱动步进电机的程序，现就这三个方面进行说明。

USB3.0的驱动部分：

进一步的，本发明的USB接口支持4个端口，分别是控制端口、中断端口、块数据输入端 口和块数据输出端口。

（1）控制端口

端口号为0，数据包最大为8字节。默认控制端口支持标准请求，另外还提供两个用户特 殊端口请求来用于对寄存器进行读写操作，每个请求能对一段寄存器进行读写操作。 WRITE_CONTROL请求是在以相同名字调用图像类特殊端口请求后被模式化。对于这个请求： bmRequestType=ox41，bRequest=oxoo，wvalue=17。要写的第一个寄存器地址 （Ox0000toox00ff），wlndex=ox0000，wLength=要写寄存器的数目（0x0000to0x00e0）。REA-- DcN0TROL请求是在以相同名字调用图像类特殊端口请求后被模式化。对于这个请求： bRnlequestType=oxel，bRequest=0x00，wvalue=要读的第一个寄存器地址（0x0000t。 ox00f）f ，Index=ox000o，andwLength二要读寄存器的数目（0x0000to0x00e0）。

（2）中断端口

端口号为1，数据包最大为1个字节，缓冲区大小是8个字节，单缓冲，单数据字节包从这 个端口返回，当它被设置时，字节的每个比特表示与之通信的相应10口的状态寄存器被改 变。这个包只在状态比特位被改变时返回，当主机收到这个包时，主机将读取原来寄存器里 的值以确定现在将设置的值。

（3）块输入端口

端口号为2，包最大长度为64个字节，双缓冲模式，缓冲区与块输出端点共用。寄存器能 够通过块输入端口被读取。有四个命令字节，分别说明传输的模式，起始地址、要读的字节 数。状态字节是按位映射的，第0l9位标识寄存器的读操作；第1位，如果被设置，标识每个字 节都将从寄存器的下一个高位地址读取。如果被清零，标识每个字节都将从同样的寄存器 读出，所有的位都将置零。因为这个端口读寄存器时和块输出端口公用同样的缓冲，所以写 操作必须在读操作开始前完成。

单片机驱动步进电机的部分（以AT89C51为例）：

进一步的，本发明采用51驱动步进电机的方法进行驱动。步进电机控制程序（正转）：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0100H

MAIN:

MOV R3，#144 正转 3 圈共 144 脉冲

START:

MOV R0，#00H

START1:

MOV P2，#00H

MOV A，R0

MOV DPTR，#TABLE

MOVC A，@A+DPTR

JZ START 对 A 的判断，当 A = 0 时则转到 START

MOV P2，A

LCALL DELAY

INC R0

DJNZ R3，START1

MOV P2，#00H

LCALL DELAY1

单片机外围电路机械部分的驱动：

TWANI体系结构定义了一套应用编程接口（API）和标准，以便从输入设备中获得数据， 它是一种分层结构1181，可分为四层：应用层、协议层、采集层和设备层，支持T做IN标准的 线阵CCD图像采集系统再T撇NI的体系结构中的层次，其中上面的三层都是支持TWANI标准 的软件，分别称为应用软件、数据源管理器和数据源三部分。

（4）设备层

设备层包括传统的底层设备驱动程序，这些驱动程序把设备专用命令转换成只有装有 这些驱动程序的硬件设备可以识别的命令和动作。这些驱动程序和TWAIN数据源一起工作， 但不再需要和应用程序一起发行。数据源对应用软件屏蔽了设备层，数据源把TWANI的指令 翻译成设备驱动程序指令，然后由驱动程序完成T撇NI期待的动作。

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本 发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利 的保护范围之内。