基于计算机视觉的图像检测方案设计

基于计算机视觉的图像检测方案设计摘要:本文本提出一种基于DSP的线阵CCD测量方案，通过线阵CCD以及DSP和CPLD组成的双核系统对物体进行轮廓的采集、测量和数据的处理传输，并且完成和PC机的通信，以达到对数据的再次深入的处理和分析。基于计算机视觉的图像检测技术是一种非接触式测量技术，它通过摄取被测日标的图像，利用数字图像处理技术进行分析，从而得到被测物体的尺寸。在不规则外形儿何尺寸测量技术中，通过选取高精度的摄像系统，采用先进的数字图像处理方法，可以对被测日标进行高精度的测量。本文通过线阵CCD以及DSP和CPLD组成的双核系统对物体进行轮廓的采集、测量和数据的处理传输，并且完成和PC机的通信，以达到对数据的再次深入的处理和分析。1、使用线阵CCD测量不规则外形物体尺寸的意义通过调查研究，我们可以发现:在传统测量的基准上进行一定的测量方法改进或应用专用的测量仪都不能解决测量效率低、高成本的问题，也不能实现测量的自动化;而采用从国外引进的先进测量设备再通过辅助计算机软件，也不利于降低成本，而且也形成技术上的依赖。采用而阵CCD测量及图像处理技术相对在成本和技术上都需要比较高的投入。因此，也不是最佳解决措施。本文提出一种基于DSP的线阵CCD测量方案，该方案以T匕毖司的DSP微处理器为核心，使用专门的}E软件平台CCS，对其进行算法和驱动的开发，如:数据处理分析的边沿算法、高分辨率线阵CCD传感器的驱动开发、A/D模块转换的编写等，进一步完善数据处理分析的速度和图像检测的准确度，开发高精度工作台的驱动控制模块，编写DSP的高精度工作台驱动程序，从而使整个仪器协调、高速的完成数据采集和处理分析，提高测量的精确度。2、方案与选择对于不规则外形物体的检测和测量在对被测物体图像的数据采样以及处理有3中思路:(1)使用摄像头直接获取被测物体的整帧图像信息，利用高速处理器处理整帧图像数据以获得被测物体的边沿信息;份)使用线阵CCD以转轴为中心逐单位角度转动，线阵CCD每转动一个角度即进行一次数据采集(以下简称旋转极坐标式)，并利用处理器逐角度处理CCD输出信号得到在该角度时被测物体的边沿极坐标，最终整合而成所测物体整幅图像的边沿坐标信息。侣)使用线阵CCD前后平移逐行对数据进行采集(以下简称平移直角坐标式)，并逐行处理CCD输出信号得到该行被测物体的边沿直角坐标，最终整合而成所测物体的边沿直角坐标信息。本方案的核心是图形数据的采集和处理，指标要求高准确性，如果使用摄像头直接获取被测物体的图像信息，得到的即为被测物体的整帧图像的数字信号，可以直接在MCU内进行数据处理，轮廓提取等操作。但因为整帧图像信息量非常人，对MCU的存储容量以及运算能力有很人的要求，必须使用6000系列的DSP才能满足需求。同时现在ili场上的摄像头像素普遍达不到课题所需的精度要求，如选用高精度的摄像头，虽然其在分辨率方而能够满足课题所需的精度要求，且有效的免去了前端CCD的驱动电路和程序，更简化了CCD输出信号的AD转换，但其价格相对较为昂贵，人人增加了模块的成本。使用该数据采集发的测量系统框图如图1所示:由于平移直接坐标式的信号采集法，在将步进电机的步进角转换为CCD以直线方式的前进步进距离时，其机械机构十分的复杂，且平移时机械振荡十分难以克服，容易增人数据采集的噪音干扰，因此采用平以直角坐标式难以实现。根据测量仪的基本工作原理，如果能够得到被测物体表而的_维数据，再通过有效算法进行数据处理，便可得到被测物体的外形。在本研究课题中，将被测物体放在平行光场中，并调整被测物体的姿态产生准确的投影，利用线阵CCD对被测物体的投影进行扫描并将投影信号做相关处理后送入DSP中处理，并将处理结果通过串口传输到PC机中予以显示。测量系统如图3所示，通过CCD检测被测物体的外形信息，然后把载有形状信息的CCD输出电信号接到VSP2560上，信号经过相关双采样以及A/D转换后输入到TMS320F2812中保存起来，TMS320F2812对数据进行处理后通过485串口发送给PC机，在PC上显示出物体的轮廓。在该系统中，因为TMS320F2812的资源有限，采用CPLD为线阵CCD和VSP2560提供驱动脉冲，保证线阵CCD正常工作以及线阵CCD的输出信号与VSP2560的数据采集同步。DSP系统负责步进电机的控制，光电编码器的数据采集,VSP输出数据的采集，软件算法的实现以及串口发送数据。PC机使用MATLAB软件接受2812发送过来的图形数据，并通过图像拟合的方式把被测物体的轮廓显示出来。为了保证足够的图像精度，我们选用了TCD1706DG，它的有效像元数量为7400，像敏单元尺寸为4.7umX4.7um，其像元间的间距也为4.7um，步进电机的步进角为0.2度或更小，数据采集系统采用的是旋转极坐标式。即是说，由步进电机步进角所产生的分辨率实际上高于线阵CCD的分辨率。因此这种方法可以实现具有7400X1800个像素的等效而阵而达到更高的测量精度，日前专业相机也很难达到这么高的像素。为了提高测量速度，系统对CCD每次输出信号进行实时处理，提取轮廓坐标，然后还原成_维的轮廓图形。为了保证足够的测量范围，在被测物体与CCD之间添加了一片凸透镜。系统机械传动原理图如图4所示，机械部分卞要由:载物工作台、给进系统、光学系统等组成。田载物工作台卞要由玻璃板、定位螺母组成。考虑到载物台上方的透镜人小有限，旋转极坐标测量法中心的精度人于外围精度，载物台上应标明其中心位置点，在测量时应尽量把被测物体放在载物台的中心处。份)给进系统卞要由转轴、丝杆螺母组成。其工作过程为:在系统控制下，步进电机带动精密丝杆围绕转轴转动，精密W杆带动CCD转动，当步进电机转了360度时，线阵CCD获得了整幅图像的数据。位口图4)本文通过对各种被测物体检测技术的比较和分析，研制了一种基于DSP的线阵CCD物体轮廓自动化测量仪。采用光学投影的方法，结合机械传动，通过线阵CCD器件，获取被测物体外轮廓的_维数据，再利用DSP对数据进行预处理从而得到被测物体的测量数据，并通过485串口将数据发送给PC机，在PC上经过运算后先输出物体轮廓的功能。所研制的测量系统是光、机、电有机结合的完整系统。测量仪测控系统以T匕毖司的DSP微处理器为核心，包括软件开发。开发设计了线阵CCD的驱动及数据信号采集处理，自一先利用CPLD编写了CCD和VSP的驱动信号。利用VSP处f}CCD输出数据，然后送到DSP内部进行数据的处理，然后通过串口发送给PC机，最终显示出被测物体的轮廓。3、结语本设计对当今最先进的检测技术、数据处理分析技术和检测仪器进行了跟踪和分析研究，在人量调研的基础上，利用高精度快速线阵CCD，与DSP高速数字信号处理器相结合，对基于DSP的线阵CCD测量仪的整个系统做了较深入的研究，解决了核心问题，进行了软件的编制调试。本设计进一步提高数据采集能力、测量图像处理分析能力和测量精确度以及高精确度工作台的控制能力，减小仪器体积、降低成本，对开发集智能化、集成化、高速化、协调化为一体的实时高精确度低成本检测仪器仪表有着深远的意义。