基于CMOS图像匹配的非接触测量系统.pdf

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1、盛应用技术基于CMOS图像匹配的非接触测量系统张宏伟(广东技术师范学院天河学院电气工程系)摘要：采用CMOS图像匹配传感器实现对圆形工件几何尺寸(同心度)的非接触测量。选用OV7670、FPGA、TFT和触摸屏组建系统。选用三点定圆法和数像素点法的测量原理，编程实现数字图像处理算法和圆匹配。对实物进行匹配测量并分析误差，通过增加迭代次数减少误差，增加图像的细化程度来提高测量精度。关键词：CMOS；图像匹配；数字图像处理；FPGAO引言等，在其上附加触摸屏，作为人机交换平台；SDRAM在仿真时使用，仿真结束后，把程序烧写至F

2、LASH检测技术是现代制造工艺的基础之一，对各种器中，可让整个系统在离开仿真环境时独立运行。件物理量的准确测量直接影响与其相关的产品质量。传统的接触式测量工具需人工参与测量过程，不仅劳触摸屏IH动强度大，而且测量重复性不理想。此外，手工测量时需对物件进行直接触碰，可能会对物件造成不同程OV76701l．HHFPGA度的损坏，且其测量速度无法满足目前自动化生产的CLOCKI~---需求(如对工件的快速筛选)。运用光电器件(如CCD、CMOS)结合现代数字图1硬件组成结构图图像处理技术[1]实现非接触式测量，即在不接触被测1．

3、2软件总体方案工件的前提下对其进行精准测量。软件总体方案如图2所示，包括硬件的驱动、算本系统选用CMOS图像匹配传感器采集图像数法的实现等。据[2】，以FPGA作为图像的数据处理中心，不需要额外的存储器件存储未处理的数据，将大幅提高数据的外部晶振为系统提供基准时钟频率，FPGA通过处理速度，满足现场检测实时性的要求。以液晶屏作自带的锁相环(phaselockedloop，PLL)进行分频或为图像输出设备，直观地展示图像处理的结果。倍频，为系统提供适当的时钟频率，使硬件有正常工作的基础。OV7670驱动配置图像传感器，使其按

4、要1系统设计求源源不断地产生图像数据，采用IIC时序实现。图1．1硬件系统像传感器产生图像数据后，进行采样。为了与TFr系统利用CMOS图像传感器采集图像数据[3】，图中设置的图像显示格式相匹配，将格式设置为像数据经过实时处理后，用以确定圆的位置及半径。RGB565格式，输出大小为240x320。系统随即开始硬件组成结构如图1所示：OV7670是一款CMOS图数字图像处理，进行去噪及边缘检测【4]。通过观察图像传感器，外围电路简单，可直接使用，由它采集图像的特点，结合一定的方法，可以把图像中圆上的点像数据输出至FPGA；F

5、PGA为数据处理及控制中心，掌控系统的所有器件和数据流向；TFT是系统的显示定位出来，并计算出直径的大小，把得到的点和直径模块，显示图像及一些有用信息，如半径、操作指导交给S0PC做相应的处理。2014年第35卷第6期自动化与信息工程27OV7670_-．驱动PLLlSDRAM1r图像采OV7670_．找圆上SPOC图像切I+ITFT集式合与格成广．．的点与．．—换制1．l1直径1LLI数字图FLASH，L1TLnU，乙1^，L_--像处理I图2软件总体方案SOPC是控制系统的中心构件，能够协调其他模对实验数据进行分析，找

6、出两个不同坐标系之间块从而使系统运行流畅。在SOPC中，实现了TFT的映射函数，从而得到所需的TFT坐标。和触摸屏的驱动、SDRAM的控制、FLASH的控制、3测量数据与误差分析图像示源的控制、有关圆的参数计算和标定等。系统经过调试后开始采集信号，并将其转换为灰2硬件驱动度图像进行处理。编程时采用流水线方式实现中值滤2．1OV7670CMOS摄像头驱动波[6]，较好地去除噪声并保护图像的细节部分(如边摄像头驱动采用分模块设计的方式，把驱动分为缘、角点等)，具有更好的实时性【7J。选用Sobel算3个小模块，分别为：IICC

7、0NTIL，实现IIC时子增强图像的边缘J，得到测量数据，分析误差来源。序；OV76701NITCFG，通过IIC时序把配置数据3．1测量数据写入寄存器中；OV7670TOP，功能为图像数据的采在未经标定前，所得到的数据都以像素为单位，集与RGB565格式的合成。不代表任何实际距离。在进行实物测量时，测量结果2．2TFT驱动如图3所示。先对TFT进行初始化，其中包括显示方案配置、由于图3(a)所示实物工件轮廓较复杂，此时自动电源配置、伽马曲线配置和其他配置。系统采用SOPC检测失效，故采用手动对其进行测量，检测效果如图完成

8、TFT的驱动。通过Quartus中的SOPCBuilder3(b1所示。从图3(b)可以看到，其内外两个圆的圆心建立一个SOPC后，再进行适当的信号配置，作为驱距为2．236个像素，可认为是同心的。动TFT的基础硬件部分。图4为系统实验平台，(a)图为实验环境，用圆规2．3触摸屏驱动在白纸上画圆模拟物体