基于面陣CCD的運動物體瞬時位置的檢測

因為要給出目標點的位置，所以每張圖像上的物體最終只能用1個點來表示，這個點就是物體的中心點，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，記錄它們的橫坐標和縱坐標，并做累加，同時累加白色點的個數(shù)，最后把累加得到的橫坐標的值除以白色點個數(shù)后，得到的值就是物體中心點的橫坐標數(shù)值，縱坐標也是如此。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確的，除非物體在運動過程中發(fā)生了非常大的形變。得到的質(zhì)心是運動物體在圖像中的像素坐標，轉(zhuǎn)換成實際坐標從而達到對運動目標的實時監(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所示其實時圖像，并提取跟蹤目標的坐標，圖像每過100 ms數(shù)據(jù)處理1次，并與下位機進行通信進行控制。

在串口通信模塊軟件實現(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行。這樣做大大節(jié)省了時間，提高了系統(tǒng)的運行效率。

5 硬件設(shè)計

計算機通過RS 232的方式與單片機進行通信，將測得的位置信息傳送給單片機，單片機收到數(shù)據(jù)后控制步進電機進行跟蹤。其主要包括下位機與上位機的通信，以及步進電機的驅(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)合計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)以及單片機，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)圖像的掃描處理，從而獲得了跟蹤點的目標位置及對掃描的圖像進行實時動態(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)使得在實際使用中能夠達到實時準確的目標，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，圖像處理軟件的進一步發(fā)展，CCD傳感器與集成電路進一步集成，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。