VC4468E智能相机在光电自准直系统中的应用

　　0引言

　　自准直仪是利用光学自准直原理,用于小角度测量的重要测量仪器。将分划板的图像以平行光束(准直光)的形式投射到反射镜上,该反射镜将光束返回至自准直仪,这就是自准直图像。若反射镜与光轴垂直,则光束将按原路返回,若反射镜倾斜一个角度,反射光束将以两倍的角度反射回来。通过测量自准直图像在X轴及Y轴上的位移就可测量反射镜的角度变化[1]。

　　然而,传统的光学自准直系统会使人眼瞄准和读数产生瞄准误差[2]及估读误差。近年来,人们开始进行各种光电探测器用于自准直系统的研究工作,并取得了很多成果。目前,用于自准直系统的光电转换器件主要有:面阵CCD、线阵CCD、四象限光电探测器,PSD等。不同的光电探测器件用于光电自准直系统有其各自的优缺点。

　　VC4468E智能相机集成了面阵CCD图像传感器件、数字信号处理器、VGA视频输出和I/O控制等,是一种集图像采集、处理和输出的自动化图像处理器件,与传统相机的主要区别是强大的数据运算和工业控制能力,因此可以在脱离PC的情况下独立完成各种面向图像的工业应用。VC4468E智能相机具有一个实时多任务的操作系统VC /RT来管理相机的各种资源,应用程序在此系统上运行,完成数字图像的处理。VC4468E智能相机内置的DSP数字信号处理器工作频率达到1GHZ,运算速度达到8000MIPS,保证了信号处理的快速性。本文研究智能相机在光电自准直系统中的应用,主要研究内容包括消除背景噪声、精确定位十字丝、计算两条直线之间的距离,以及标定出角度和十字丝线性位移之间的关系等。

　　1系统实现

　　基于VC4468E智能相机的光电自准直系统综合了机械、光学、电子学、计算机和图像处理等多方面的技术,主要利用了光学自准直原理,将十字分划板的平行光束经反射镜反射成像在智能相机面阵CCD器件上,使反射镜的二维角度变化转化为对应CCD器件上十字丝在X轴和Y轴两个方向上的位移量的变化,通过对面阵CCD器件输出信号的采集,经过图像处理计算出十字丝线性位移,根据标定结果计算角度变化,实现高精度二维角度测量[3]。

　　1.1消除背景刻线

　　本系统中使用的自准直平行光管是日本尼康公司的6B型自准直系统,分划板上有刻度线和数字,如图1所示。为了准确得到分划板十字丝图像,首先需要先消除背景的刻度线和数字。所用的方法是面积法,选取适当的灰度阈值对图像进行二值化处理,此时刻度线、数字和十字丝图像均为黑色区域,运用8连通法可求得每个刻线区域、数字区域以及十字丝区域的像素面积,再设定合理的面积阈值来消除小于一定像素面积的小区域,从而达到消除刻度线和数字的目的,实现十字丝的粗定位。之后为了恢复十字丝图像灰度的全部信息,将十字丝的二值图像与初始图像进行逻辑/与0运算,便于对十字丝图像进行精确定位。