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D SP的线阵CCD测量方案，通过线阵CCD以及D SP和C PLD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D SP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D SP的线阵CCD测量方案，该方案以T匕毖司

的D SP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D SP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M CU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M CU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D SP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D SP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V SP2560上，信号经过相关双采样以及A /D转换后输入到TM S320F2812中保存起来，

TM S320F2812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TM S320F2812的资源有限，采用CPLD为线阵CCD和V SP2560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V SP2560的数据采集同步。D SP系统负责步进电机的控制，光电编码器的数据采集,V SP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M ATLAB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TCD 1706D G，它的有效像元数量为7400，像敏单元尺寸为4.7um X 4.7um，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

7400X 1800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D SP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D SP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D SP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V SP的驱动信号。利用V SP处f}CCD输出数据，然后送到D SP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D SP高速数字信号处理器相结合，对基于D SP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。