凌華圖像運動(dòng)控制卡基于PC的目標追蹤系統的應用

[系統概述]該系統采用凌華公司的基于PC機的圖像捕捉卡（Picolo）以及運動(dòng)控制卡（PCI-8164）來(lái)完成目標的捕捉及追蹤轉臺的運動(dòng)控制。選用標準視頻輸入的黑白攝像機，每秒可以拍攝25張照片，可以實(shí)現實(shí)時(shí)圖像采集。用凌華公司提供的用于圖像分析的二次軟件開(kāi)發(fā)包，可以很輕松的對拍攝的圖像進(jìn)行分析，找出所關(guān)心的目標并計算目標的位置。采用微分控制方式通過(guò)運動(dòng)控制卡發(fā)出指令，實(shí)時(shí)跟蹤目標
　　[關(guān)鍵詞]運動(dòng)控制，圖像采集，機器視覺(jué)，目標追蹤，CCD攝像機，伺服電機
　　
　　一、系統構成與原理
　　1.1機器視覺(jué)
　　所謂機器視覺(jué)就是：賦予機器以人類(lèi)視覺(jué)功能，突破人類(lèi)自身視覺(jué)的局限性，把計算機的快速性、可靠性、結果的可重復性，與人類(lèi)視覺(jué)的高度智能化和抽象能力相結合，由此逐漸形成了一門(mén)新學(xué)科。機器視覺(jué)系統采用CCD照相機將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進(jìn)行各種運算來(lái)抽取目標的特征，如：面積、長(cháng)度、數量、位置等；根據預設的容許度和其他條件輸出分析結果。機器視覺(jué)系統一般由光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理單元（或圖像捕獲卡），圖像處理軟件，監視器，通訊/輸入輸出單元等部分組成。（見(jiàn)圖1）
　　

圖片1
　　
　　1.2伺服電機
　　伺服電機把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣�，它的運動(dòng)狀態(tài)由控制信號控制，加上控制電壓，他應當馬上旋轉，去掉控制電壓它應馬上停轉，轉速高低應用控制電壓成正比。相對于同樣應用于運動(dòng)控制的的步進(jìn)電機它有如下優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　1.控制精度更高：伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證，對于17位的旋轉編碼器而言，驅動(dòng)器每接收217＝131072個(gè)脈沖電機旋轉一圈，其脈沖當量為360°/131072＝0.0027
　　2.伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時(shí)也不會(huì )出現振動(dòng)現象
　　3.伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以?xún)�，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。
　　4.交流伺服電機具有較強的過(guò)載能力。一般是額定轉矩的2-3倍。
　　5.伺服系統的加速性能較好從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。
　　6.伺服驅動(dòng)系統為閉環(huán)控制，驅動(dòng)器可直接對電機編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì )出現步進(jìn)電機的丟步或過(guò)沖的現象，控制性能更為可靠。（如圖2）
　　

圖片2
　　1.3基于PC的運動(dòng)控制系統

　　為了滿(mǎn)足新型數控系統的標準化、柔性、開(kāi)放性等要求；在各種工業(yè)設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統等）、智能醫療裝置等設備的自動(dòng)化控制系統研制和改造中，急需一個(gè)運動(dòng)控制模塊的硬件平臺；同時(shí)PC機在各種工業(yè)現場(chǎng)的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發(fā)揮PC機的強大功能�；�于PC的運動(dòng)控制系統的構成如圖3
　　

圖片3
　　
　　上圖所示是目標追蹤系統的控制單元部分的結構圖。選用凌華公司的運動(dòng)控制卡（PCI-8164）、三菱公司的伺服電機及驅動(dòng)器、和專(zhuān)為配合三菱伺服電機而設計的端子板（DIN-814M）。由于有相配合的端子板，整個(gè)控制部分的接線(xiàn)非常簡(jiǎn)單。
　　
　　1.4運動(dòng)控制卡：PCI-8164
　　1.支持OUT/DIR和CW/CCW脈沖輸出方式，最大脈沖輸出頻率：6.55Mpps
　　2.可同時(shí)控制四軸電機，任意兩軸、三軸的直線(xiàn)插補，任意兩軸的圓弧插補
　　3.支持持續插補運動(dòng)
　　4.梯形與S曲線(xiàn)速度曲線(xiàn)
　　5.可編程控制加速與減速時(shí)間
　　6.可以在運動(dòng)中改變速度
　　7.多軸同步啟動(dòng)/停止
　　8.位置比較與捕捉位置功能
　　9.回差補償功能
　　
　　1.5圖像捕捉卡：Picolo
　　1.可接1個(gè)攝像頭
　　2.三種模擬視頻信號輸入方式
　　3.支持PAL/NTSC/CCIR/RS170制式
　　4.一個(gè)S-Video視頻輸入
　　5.實(shí)時(shí)視頻捕捉(PCI總線(xiàn)主控DMA方式)
　　6.四個(gè)數字量輸入/輸出通道
　　
　　1.6圖像分析軟件包：Evision_EasyMatch
　　EasyMatch是顏色和灰度級別的模式匹配庫。它可以讓系統在圖像中找到與基準模式相匹配的部分，并計算出目標的位置。即使目標發(fā)生旋轉，等放性或任意方向的縮放，它都可以找到目標。（如圖4）
　　
　　

圖片4
　　
　　二、結束語(yǔ)
　　該系統已在標準工控機上得到驗證，同時(shí)可擴展到嵌入式結構中�？蓱�用于汽車(chē)、船舶、飛機等對尺寸有嚴格要求的場(chǎng)合。
　　
　　
　　關(guān)于凌華
　　
　　凌華科技致力于量測、自動(dòng)化及計算機通訊科技之改進(jìn)及創(chuàng )新，期能提供給全球網(wǎng)絡(luò )電信、智能交通及電子制造客戶(hù)品質(zhì)卓越、價(jià)格合理之解決方案。憑著(zhù)對專(zhuān)業(yè)技術(shù)的執著(zhù)與實(shí)踐客戶(hù)承諾的自我要求，領(lǐng)先業(yè)界推出多項創(chuàng )

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