测控09智能仪器课程设计--炮台打靶.doc

《智能仪表课程设计》
设计报告
课题名称炮台打靶
学生学号
学生姓名

班级名称测控 0901
指导教师唐鸿儒黄亚忠
扬州大学能源与动力工程学院
二〇一二年九月
目录
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摄像头电路 4
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设计软件 7
图像检测子程序 8
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附录1 《智能仪表课程设计》任务书 14
附录2 所用核心器件 16
附录3 程序清单 17


系统可以划分为摄像头模块、弹着点电路检测原理分析与检测精度、单片机驱动运动控制模块、激光枪自动控制和弹着点移动精度模块、电源模块、无线发射和接收模块、显示模块。为实现各模块的功能,我们做了实际方案,并进行了论证。各模块方案选择和理论分析与计算如下:

摄像头图像采集组件,摄像头部分有三种方案可供选择:
1)、彩色模拟摄像头+视频信号分离芯片+高速 AD
2)、黑白模拟摄像头+视频信号分离芯片+高速 AD
3)、数字摄像头
模拟摄像头方案视频信号处理方便灵活,且因为模拟视频信号可以直接外接
AV 端口的电视机,故图像调试方便,并且因为一般单片机不带彩色显示器,所以模拟摄像头能更容易判断是程序的问题还是采集到的图像的问题。彩色模拟摄像头由于信号复杂,单片机直接处理工作量太大,而黑白模拟摄像头虽然灵敏度较高,AD 采样到的就是亮度值,处理简单。但在实际应用中因为缺少颜色信号,在不采取智能算法的情况下对目标的分析和追踪存在诸多困难。而数字摄像头硬件电路简单,且很容易获取图像的 RGB 值,若采用单片机来处理数据,其程序相对比较简单、方便。
经综合考虑,我们使用数字摄像头。为了匹配摄像头的采集速度与单片机的数据处理速度,将数字摄像头 OV7670+FIFO 存储器方案作为本系统的最终方案。该方案在单片机的控制下,在需要采集图像的时候控制 FIFO 存储器的使能,让图像数据装满 FIFO,之后再由单片机从 FIFO 中获取图像数据进行处理,这样够实现在保证图像分辨率的基础上最大程度上节省单片机中断资源。

系统采用摄像头捕捉弹着点,在彩色画面中激光点呈现的形态是一个中央趋近于白色,周围是红色的亮斑。中间的白点是因为激光亮度太高,超过了摄像头的动态范围所致。因此在检测的时候,可以将中央白色周围红色作为弹着点的一个特征,即在图像中出现红色-白色-红色序列。但在不同环境下的测试中,发现了在不同的曝光值下,弹着点的中心有时也会呈现红色,由于白光也是由 RGB分量组成,在检测的时候可以将白光只检测 R 分量。同时由于单片机资源有限,也可以将二维的图像序列转化成单个的一维的图像行来检测,也就是检测图像中出现的红色-R 分量-红色三个连续的状态作为弹着点的特征。采用此方法能有效避免大量的数据处理,同时在实际测试中也能成功实现很高的检测率。
系统使用摄像头作为激光弹着点检测工具,由于激光头射出的点尺寸很小(小于 5mm),故摄像头的像素分辨率对弹着点的成功检测和系统的精确度有着至关重要的影响。在最理想的情况下(即靶盘高度与摄像头的画面高度一致),能实现被测物图像最大的分辨率。在图像高度为 240 的时候,靶盘上的分辨率能达到40pixel/60cm=4pixel/cm 的分辨率。这样,完全能够实现对靶盘上的目标对象进行精确定位、检测。经实际测试,当摄像头镜头为 6mm 的时候, 的位置处,是实现让靶盘占满画面的整个高度的最佳位置。

单片机方案:
TI创新生产的MSP430具有超低功耗,强大的处理能力,高性能模拟技术及丰富的片上外围模块,具有丰富的寄存器资源灵活的操作方式,系统工