凌華圖像運動控制卡基于PC的目標追蹤系統(tǒng)的應用

ainet.cn 2012年11月10日

一、系統(tǒng)構(gòu)成與原理

1.1機器視覺
所謂機器視覺就是：賦予機器以人類視覺功能，突破人類自身視覺的局限性，把計算機的快速性、可靠性、結(jié)果的可重復性，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結(jié)合，由此逐漸形成了一門新學科。機器視覺系統(tǒng)采用CCD照相機將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如：面積、長度、數(shù)量、位置等；根據(jù)預設的容許度和其他條件輸出分析結(jié)果。機器視覺系統(tǒng)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(jiān)視器，通訊/輸入輸出單元等部分組成。（見圖 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?，它的運動狀態(tài)由控制信號控制，加上控制電壓，他應當馬上旋轉(zhuǎn)，去掉控制電壓它應馬上停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速高低應用控制電壓成正比。相對于同樣應用于運動控制的的步進電機它有如下優(yōu)點：
　　
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(zhuǎn)編碼器保證，對于17位的旋轉(zhuǎn)編碼器而言，驅(qū)動器每接收217＝131072個脈沖電機旋轉(zhuǎn)一圈，其脈沖當量為360°/131072＝0.0027
2.伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象
3.伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
4.交流伺服電機具有較強的過載能力。一般是額定轉(zhuǎn)矩的2-3倍。
5.伺服系統(tǒng)的加速性能較好從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。
6.伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。（如圖 2）

　　圖片2

1.3 基于PC的運動控制系統(tǒng)
為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標準化、柔性、開放性等要求；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(tǒng)等）、智能醫(yī)療裝置等設備的自動化控制系統(tǒng)研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；同時PC機在各種工業(yè)現(xiàn)場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發(fā)揮PC機的強大功能?；赑C的運動控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖3

　　圖片3

　　
上圖所示是目標追蹤系統(tǒng)的控制單元部分的結(jié)構(gòu)圖。選用凌華公司的運動控制卡（PCI-8164）、三菱公司的伺服電機及驅(qū)動器、和專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，整個控制部分的接線非常簡單。
　　
1.4運動控制卡：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. 可同時控制四軸電機，任意兩軸、三軸的直線插補，任意兩軸的圓弧插補
　　3. 支持持續(xù)插補運動
　　4. 梯形與S曲線速度曲線
　　5. 可編程控制加速與減速時間
　　6. 可以在運動中改變速度
　　7. 多軸同步啟動/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S-Video視頻輸入
　　5. 實時視頻捕捉(PCI總線主控DMA方式)
　　6. 四個數(shù)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(tǒng)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(zhuǎn)，等放性或任意方向的縮放，它都可以找到目標。（如圖 4）