光电信号的数据采集与计算机接口.ppt

第8章视频信号处理与计算机数据采集

D图像传感为例讨论各种图像传感器输出信号的处理与计算机数据采集问题。
在不要求图像灰度的系统中,为提高处理速度和降低成本尽可能采用二值化图像处理方法。实际上许多检测对象在本质上也表现为二值情况,如图纸、文件的输入,物体尺寸、位置等的检测。在对这些信息进行处理时采用二值化处理是恰当的。二值化处理方法通常用来将图像和背景分离成(0,1)二值信息,以便更好地获得图像信息,完成测量工作。
二值化处理方法
二值化处理方法很多,常用的有固定阈值法、浮动阈值法和微分法。
1. 固定阈值法
固定阈值法是一种最简便的二值化处理方法。将CCD输出的视频信号送入电压比较器的同相输入端,比较器的反相输人端上加可调电平的电位器就构成了如图7-1所
示的固定阈值二值化电路。
当CCD视频信号的幅度稍稍大于阈值电压时,

电压比较器输出信号变为高电平;小于等于阈值电压时,电压比较器的输出电平为低电平。输出为二值化方波脉冲信号。调节阈值,方波脉冲的前、后沿将发生移动,脉冲的宽度发生变化。当CCD的视频信号输出含有被测物体直径的信息时,可以通过适当地调节阈值电压获得方波脉冲宽度与被测物体直径值的精确关系。
D像敏面上的光是稳定的情况下,固定阈值法会产生测量误差。
D输出视频信号的幅值浮动。D的视频信号起伏时,通过电路将信号的起伏反馈到阈值设定电路,使阈值跟着变化,保证二值化脉冲的宽度稳定不变。
图8-2为浮动二值化电路的原理图,D在该周期中输出的背景信号并将其保持整个周期,跟随器将采样输出信号通过电位器W送到电压比较器提供浮动的阈值。
根据信号光及背景光的影响进行适当调整,完全消除光的不稳定带来的测量误差是困难的。
求找输出信号中被测物体像的边界特征,是更为理想的二值化方法。

D输出信号波形的斜率最大。因此,可用微分电路找到输出波形斜率最大的点,该点的横坐标为被测物图像的边界。
微分法的电路原理方框图如图8-3所示。D输出的调幅脉冲信号经过采样保持电路或低通滤波电路进行处理,变成连续
将CCD输出信号经过微分电路1微分,对应于输出信号变化率最大位置(图8-4中的A及A`点)处,输出两个负与正脉冲。取绝对后,为两个正脉冲,再次微分,其过零点为两个边界点。通过过零触发器可以获得微分法的二值化输出脉冲,脉冲的宽度即为图像A A`的宽度。
的平滑曲线(如图7-4所示的第一条曲线)。
二值化数据采集与计算机接口
1. 硬件二值化数据采集方法
(1)硬件二值化数据采集电路
硬件二值化数据采集电路的原理如图8-7所示。它由“与”门电路、二进制计数器、D工作所需的各路驱动脉冲
外,还要产生与SH同步的控制脉冲Fc和用作二值化计数的输入脉冲CRt。
(2)硬件二值化数据采集原理
图8-8为硬件二值化数据采集电路工作波形图。图中Fc的低电平使计数器清零,变为高电平后可以计数。计数器的输入脉冲CRt只有在二值化脉冲的高电平期间才能通过与门输送到计数器的输入端。计数器在一个行周期计得的CRt脉冲数将在二值化脉冲的下降沿产生,并将计数器的
值存入锁存器,再经译码、驱动、显示与二值化脉冲宽度有关的数值。
CRt脉冲的频率是复位脉冲RS频率的整数N倍,
而一个RS脉冲代表了一个像元的长度量,一个CRt脉冲应为像元尺寸的N分之一。计数器一个周期内所计的数实际上为二值化脉冲高电平所代表的被测物体的外径值。
2. 计数器法计算机数据采集接口电路
计数器法计算机数据采集接口电路原理如图8-9所示。它与硬件二值化数据采集电路类似,D的行同步脉冲控制同步控制器产生控制脉冲,由CCD视频信号经二值化处理产生的二值化信号控制与门的开关,由计数器计二值化方波内所通过的标准时钟脉冲数,形成数据。
不同的是所形成的数据一般为二进制数据,并且同步控制器产生与计算机的PIO或其他方式相联络的取数标志信号,并通过中断(或查询)方式通知计算机,计算机
可以从PIO的数据总线得到计数器所计得的数据。
电路的工作波形如图8-10所示,图中计数器的输入端设置了一个窗口信号,D输出有效像素单元的时间的宽度,利用窗口信号可以有效地消除外界干扰,窗口信号以外的任何信号都不能进入测量系统,使系统的工作稳定。例如TCDl206UD的有效像素
单元为2 160个,它的窗口宽度应小于等于2 160T1,D视频信号的二值化信号必在窗口信号内,窗口信号的后沿产生取数标志信号。
3. 边沿送数法二值化数据采集计算机接口
图8-11所示为边沿送数法二值化数据采集计算机接口电路的原理方框图。D行同步脉冲Fc控制的二进制计数器计每行的标准脉冲(D的复位脉冲RS或像