第七章二值化与数据采集课件.ppt
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1、第七章、CCD视频信号处理 与计算机数据采集42,7.1 概述 7.2 CCD视频信号的二值化处理 7.3 CCD视频信号的量化处理 7.4 CCD输出信号的A/D采集与接口,总目录,二值化处理后,进行数据采集,经采样、量化编码后,采集到计算机系统,原始的调幅脉冲信号,7.1 概述视频信号:CCD在时序脉冲驱动下输出的信号是被抽样的 模拟信号称视频信号1、CCD视频信号的处理方法视频信号的二值化处理 光学系统把被测对象成像在CCD光敏像元上(在不要求图象灰度的系统中)把图象和背景区别开,采用二值的(0,1)的方法。 VCCD= 1 VtH 0 VtH图象灰度:把图象亮度从最亮到最暗划分几个亮度
2、等级(10)个,该亮度等级称灰度.若灰度6级,图象层次已较清楚。,图象灰度,CCD视频信号的量化方法 在要求灰度的系统中 ,需定量分析 CCD输出信号的幅度,则要把对应CCD空间光敏元所感受的光强转换成不同幅值的电压度量等级,则称量化处理(处理结果以数字量记录称为数据采集)2、CCD输入信号的A/D数据采集与接口计算机总线方式 ISA总线 PCI EPP USB A/D数据采集与计算机接口,7.2 CCD视频信号的二值化处理,1、二值化方法(概念及)分类 固定阈值法 浮动阈值法 微分法 比较法提取边界特征,2、二值化数据采集与计算机接口,硬件逻辑电路二值化采集,计数器法计算机数据采集,边沿送数
3、的二值化数据采集,采用计算机计数器(定时器)采集,二值化概念,应用依据:由于被测物和背景所对应的输出电压有一定的差异,即在边界处会有明显的电平变化;,二值化处理的应用范围:系统不要求图像灰度信息,对处理速度有一定要求,比如图纸和文件的输入、物体尺寸、缺陷、位置等的检测。,1.二值化处理方法 固定阈值法、浮动阈值法、微分法、比较法,1.1 固定阈值法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,比较器的反相输入端上加可调电平的电位器就构成了固定阈值二值化电路。,拦腰一截,调节电位器改变阈值电压,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
4、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。,固定阈值法的使用条件 1)阈值电压要稳定2)CCD视频信号的时间稳定性要好A.光源和驱动脉冲稳定(恒流源供电+石英晶体振荡)B.成像背景的干扰也要小,比较苛刻,1.2浮动阈值法,定义:使电压比较器的阈值电压随测量系统的光源或随CCD输出视频信号的幅值浮动。 当光的强度变化引起CCD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。,采样/保持器,采样保持器采得线阵CCD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
5、 送到电压比较器提供浮动的阈值。,自适应地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。,理想的二值化方法:寻找输出信号中被测物体像的边界特征,现场测量直径,1.3微分法,具体方法:用微分电路找到输出波形斜率最大的点,并将该点的坐标作为被测物图像的边界。 精度最高,边界处,CCD输出信号波形的斜率最大!,微分法对信号的预处理:必须将CCD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,变成连续的平滑曲线。,微分法的工作过程: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(A及A点)处,输出两个负、正脉冲;取绝对值后, 为两个正脉冲;再
6、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。,绝对值电路,二次微分电路,一次微分电路,过零比较器,边沿触发器,1.4比较法提取边界特征,1.4比较法提取边界特征,2、二值化数据采集与计算机接口,二值化数据采集主要适用系统:尺寸测量;尺寸测量原理:在得到的二值化方波脉冲中填入与CCD像敏单元尺寸有关的高频时钟脉冲,并对其中的高频时钟脉冲计数,再乘以单个高频时钟脉冲对应的尺寸(脉冲当量)。,被测尺寸=计数值脉冲当量,2.1. 硬件二值化数据采集方法,(1)硬件二值化数据采集电路,CCD的驱动器除产生CCD工作所需的各路驱动脉冲外,
7、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。,电路组成:与门电路二进制计数器 锁存器显示器,Fc的上升沿对应于CCD输出信号的第一个有效像素单元 CRt脉冲频率是复位脉冲RS频率的整数倍,要求,(2)硬件二值化数据采集原理,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,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。,控制脉冲,输入脉冲,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
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