基于面陣CCD的運(yùn)動物體瞬時位置的檢測

因?yàn)橐o出目標(biāo)點(diǎn)的位置，所以每張圖像上的物體最終只能用1個點(diǎn)來表示，這個點(diǎn)就是物體的中心點(diǎn)，在圖形學(xué)上稱為圖形的幾何中心。確定物體的幾何中心，只需掃描整張圖像，尋找顏色是白色點(diǎn)，記錄它們的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，并做累加，同時累加白色點(diǎn)的個數(shù)，最后把累加得到的橫坐標(biāo)的值除以白色點(diǎn)個數(shù)后，得到的值就是物體中心點(diǎn)的橫坐標(biāo)數(shù)值，縱坐標(biāo)也是如此。其算法表示如下：

一般，這樣得到物體的幾何中心還是比較準(zhǔn)確的，除非物體在運(yùn)動過程中發(fā)生了非常大的形變。得到的質(zhì)心是運(yùn)動物體在圖像中的像素坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換成實(shí)際坐標(biāo)從而達(dá)到對運(yùn)動目標(biāo)的實(shí)時監(jiān)測。

4 軟件設(shè)計

CCD采集獲得的圖像為8位位圖格式，本文采用可視化編程軟件VC++實(shí)現(xiàn)圖像預(yù)覽以及處理。處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)串口輸出給控制部分。計算機(jī)的程序流程圖如圖4所示。

面陣CCD采集到的圖像經(jīng)處理提取后，得如圖5所示其實(shí)時圖像，并提取跟蹤目標(biāo)的坐標(biāo)，圖像每過100 ms數(shù)據(jù)處理1次，并與下位機(jī)進(jìn)行通信進(jìn)行控制。

在串口通信模塊軟件實(shí)現(xiàn)中使用API函數(shù)結(jié)合非阻塞通信、多線程等手段；在主線程中處理圖像數(shù)據(jù)，在輔助線程中監(jiān)視串口，有數(shù)據(jù)到達(dá)時依靠事件驅(qū)動，讀人數(shù)據(jù)并向主線程報告，并且WaitCommEvent()，ReadFile()，WriteFile()都使用了非阻塞通信技術(shù)，依靠重疊(overlapped)讀寫操作，讓串口讀寫操作在后臺運(yùn)行。這樣做大大節(jié)省了時間，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

5 硬件設(shè)計

計算機(jī)通過RS 232的方式與單片機(jī)進(jìn)行通信，將測得的位置信息傳送給單片機(jī)，單片機(jī)收到數(shù)據(jù)后控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行跟蹤。其主要包括下位機(jī)與上位機(jī)的通信，以及步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路的設(shè)計，硬件控制的框圖如圖6所示。

6 結(jié)語

本文通過面陣CCD對圖像采集，結(jié)合計算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)以及單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)圖像的掃描處理，從而獲得了跟蹤點(diǎn)的目標(biāo)位置及對掃描的圖像進(jìn)行實(shí)時動態(tài)的顯示以及跟蹤。在軟件設(shè)計中使用了快速中值濾波和多線程技術(shù)使得在實(shí)際使用中能夠達(dá)到實(shí)時準(zhǔn)確的目標(biāo)，為提高非接觸位置測量方面的理論研究、測量技術(shù)及工程設(shè)計的水平將有很大的幫助。隨著CCD傳感器制作技術(shù)的提高，圖像處理軟件的進(jìn)一步發(fā)展，CCD傳感器與集成電路進(jìn)一步集成，面陣CCD傳感器的應(yīng)用前景將更加廣闊，其應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⑸钊氲矫恳粋€相關(guān)的專業(yè)領(lǐng)域，將給人們帶來新的概念。