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    視頻分劃生成技術(shù)通過(guò)電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖形與圖像的疊加,運(yùn)用疊加的圖形作為瞄準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)記進(jìn)行人工或自動(dòng)測(cè)量。石墨軸承度是目前長(zhǎng)壽命電能表中的關(guān) 鍵轉(zhuǎn)動(dòng)件,其質(zhì)量好壞直接影響電能表的質(zhì)量特性。電能表廠商目前最好的檢測(cè)方法是運(yùn)用工具顯微鏡檢測(cè)石墨軸承的質(zhì)量,但對(duì)石墨內(nèi)外圓的同軸度測(cè)量,用工具 顯微鏡就比較麻煩。本文為實(shí)現(xiàn)石墨軸承內(nèi)外圓同軸度的檢驗(yàn)提供了一種較簡(jiǎn)便的方法。

    石墨軸承檢驗(yàn)原理

    將石墨軸承放置于檢測(cè)工作臺(tái)上,通過(guò)人工自動(dòng)定心裝置,使石墨軸承定位于正確的位置上,采用背光透射照明,保證石墨軸承的中心與CCD光軸基本重合,圖像清 晰。通過(guò)攝像物鏡與CCD接收石墨軸承的圖像,把視頻圖像信號(hào)送往視頻疊加器,在顯示器上顯示。CCD視頻圖像經(jīng)視頻疊加器,對(duì)三個(gè)同心圓環(huán)進(jìn)行疊加,三 個(gè)同心圓環(huán)的中心同步可調(diào);內(nèi)圓作為基準(zhǔn)圓,檢測(cè)時(shí)對(duì)準(zhǔn)石墨軸承的內(nèi)圓;兩個(gè)外圓直徑對(duì)應(yīng)石墨軸承的同軸度公差且同步可調(diào),以保證標(biāo)準(zhǔn)公差不變。檢測(cè)時(shí), 只要石墨軸承的外邊緣落在兩個(gè)外圓之間,判定為石墨軸承的同軸度合格。

    主要指標(biāo)與功能

    石墨軸承檢驗(yàn)的主要技術(shù)指標(biāo)是圖形分辨率和檢測(cè)分辨率。指標(biāo)分別為512×512像素和0.03mm。主要功能是自動(dòng)判定內(nèi)外圓同軸度合格性(人工上料,半自動(dòng)定位)。

    精度分析

    這里,攝像頭水平方向分辨率為Sx,垂直方向分辨率為Sy,圖形分辨率為512 ×512 像素,本裝置CCD 攝像機(jī)視場(chǎng)范圍為7.95mm ×6.04mm ,則：

Sx=7.95/512=15.5mm,

Sy=6.04/512=11.8mm。

    設(shè)人眼對(duì)準(zhǔn)誤差為d1,對(duì)準(zhǔn)石墨軸承的方法是用同心圓環(huán)中內(nèi)圓作為合適的圓瞄準(zhǔn)石墨圓環(huán)的內(nèi)圓。兩個(gè)外圓的半徑差作為公差范圍,石墨圓環(huán)的外圓落在兩個(gè)圓環(huán)內(nèi),判別誤差為一個(gè)像素, Sx較大,

    同心圓調(diào)整誤差,調(diào)整同心圓與石墨軸承內(nèi)圓套準(zhǔn)的誤差為一個(gè)像素。

    由于干擾產(chǎn)生的誤差為一個(gè)像素d3=±15.5mm。由于上述均為隨機(jī)誤差, 根據(jù)隨機(jī)誤差綜合原則有：

    單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的視頻疊加器

    根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析可以知道,理論上只要干擾隨機(jī)誤差大于±26.8mm就可以判定內(nèi)外圓同軸度合格。這里,系統(tǒng)設(shè)定。 視頻疊加器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵,視頻圖像信號(hào)通過(guò)CCD攝取輸入,制式為PAL制式。視頻圖形信號(hào)由視頻疊加器產(chǎn)生,它的掃描方式和圖像信號(hào)一致同步。該系統(tǒng) 要求產(chǎn)生三個(gè)同心圓環(huán)圖形,該圖形通過(guò)按鈕調(diào)節(jié),在顯示器所顯示的CCD攝取圖像上自由移動(dòng),且半徑自動(dòng)放大和縮小。本系統(tǒng)采用AT89C51和地址刷新 電路設(shè)計(jì)視頻圖形圖像疊加器。

    硬件電路

    硬件電路框圖如圖1所示。AT89C51單片 機(jī)系統(tǒng)主要功能是向RAM寫(xiě)圖形數(shù)據(jù),其中,WR控制二選一地址選通,單片機(jī)15位地址總線自動(dòng)刷新RAM地址總線,WR控制線控制RAM的讀寫(xiě)狀態(tài)與緩 沖器。圖形數(shù)據(jù)可通過(guò)緩沖器由RAM的數(shù)據(jù)總線寫(xiě)入RAM。從RAM中讀取圖形數(shù)據(jù)時(shí),WR控制選通地址刷新電路的15位地址總線,同時(shí)RAM地址自動(dòng)刷 新,讀出圖形數(shù)據(jù),通過(guò)并串轉(zhuǎn)換,輸出串行數(shù)據(jù),控制模擬開(kāi)關(guān)IC4053。當(dāng)控制電平為高電平時(shí),模擬開(kāi)關(guān)輸出可調(diào)的圖形灰度電平,控制電平為低電平 時(shí),模擬開(kāi)關(guān)輸出視頻圖像信號(hào),由此實(shí)現(xiàn)圖形信號(hào)和視頻圖像信號(hào)的疊加。

圖1 硬件框圖

    地址刷新電路的任務(wù)是與視頻信號(hào)同步自動(dòng)刷新RAM地址。它由同步分離、像素振蕩器、八分頻電路、字節(jié)計(jì)數(shù)器、行計(jì)數(shù)器、二選一開(kāi)關(guān)組成。同步分離應(yīng)用于 CCD視頻圖像信號(hào),分離出行同步、場(chǎng)同步脈沖和奇偶場(chǎng)脈沖;像素振蕩器受行同步脈沖控制,進(jìn)行行正程振蕩和行逆程停振。振蕩器周期就是圖像點(diǎn)時(shí)鐘脈寬, 其輸出就是圖像點(diǎn)脈沖;八分頻電路的輸入為圖像點(diǎn)脈沖,輸出作為字節(jié)時(shí)鐘;字節(jié)計(jì)數(shù)器對(duì)字節(jié)計(jì)數(shù),低六位對(duì)應(yīng)RAM地址總線的A0~A5位。字節(jié)計(jì)數(shù)器每 計(jì)一個(gè)脈沖就對(duì)RAM刷新一次。行同步信號(hào)作為字節(jié)計(jì)數(shù)器的清零信號(hào),每計(jì)滿64個(gè)字節(jié)脈沖,就由行同步信號(hào)清零,重新開(kāi)始對(duì)下一行的字節(jié)脈沖計(jì)數(shù)。行計(jì) 數(shù)器對(duì)行同步信號(hào)計(jì)數(shù), 行計(jì)數(shù)器每計(jì)滿512行,由場(chǎng)同步信號(hào)清零,重新對(duì)下一場(chǎng)的行同步脈沖計(jì)數(shù)。行計(jì)數(shù)器的八位輸出對(duì)應(yīng)RAM地址總線的A7~A14位,同樣,計(jì)數(shù)器每計(jì)一 個(gè)脈沖,RAM地址換行刷新。對(duì)于隔行掃描的CCD,一幀圖像分為奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng),如果圖形數(shù)據(jù)在RAM中是逐行存放,又直接用字節(jié)計(jì)數(shù)器和行計(jì)數(shù)器的輸 出去刷新RAM,那么將得到錯(cuò)誤的圖形數(shù)據(jù)。如果期望疊加一個(gè)圓,屏幕上將顯示上下兩個(gè)橢圓。將奇偶場(chǎng)脈沖信號(hào)與RAM的A6相連,可以解決隔行掃描和逐 行寫(xiě)圖形之間的矛盾。

    二選一開(kāi)關(guān)輸出由單片機(jī)控制。寫(xiě)圖形數(shù)據(jù)時(shí),由單片機(jī)地址總線自動(dòng)刷新RAM地址,讀圖形數(shù)據(jù)時(shí)由高速地址總線自動(dòng)刷新RAM地址。

    軟件設(shè)計(jì)

    軟件設(shè)計(jì)流程框圖如圖2所示。程序首先進(jìn)行鍵盤(pán)初始化圖形存儲(chǔ)RAM清零,二選一開(kāi)關(guān)切換至單片機(jī),根據(jù)圓心和半徑的大小調(diào)用畫(huà)圓子程序,計(jì)算同心圓坐標(biāo)并 寫(xiě)入顯示RAM。然后將開(kāi)關(guān)切換至地址刷新電路,在顯示器上得到初始的圖形之后,系統(tǒng)處于等待。按鍵采用中斷方式響應(yīng),判別鍵號(hào),對(duì)圖形的中心位置或同心 圓大小改變進(jìn)行分析,對(duì)顯示RAM內(nèi)容進(jìn)行修改,使顯示的圖形位置和半徑大小發(fā)生變化。

圖2 軟件框圖

    利用該硬件電路,根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)編寫(xiě)軟件,可以實(shí)現(xiàn)直線、十字線、橢圓等圖形的視頻疊加,也可以實(shí)現(xiàn)漢字或數(shù)字的視頻疊加。

    調(diào)試和結(jié)論

    在 CCD視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)同步分離后,先經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)電路再控制像素振蕩器,這樣刷新電路產(chǎn)生的地址位置會(huì)在屏幕上變化。而單片機(jī)存儲(chǔ)在RAM中的圖形數(shù)據(jù)沒(méi)有 變化,這相當(dāng)于在屏幕上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(0,0)是隨著延時(shí)電路的調(diào)節(jié)而變化,在SRAM中數(shù)據(jù)不變的情況下,地址刷新電路刷新RAM時(shí)按照新的坐標(biāo)疊加圖 形,實(shí)現(xiàn)了三個(gè)同心圓在屏幕上同步移動(dòng)。該系統(tǒng)避免了通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)三個(gè)同心圓的同步移動(dòng),大大減少了軟件調(diào)試的工作量。

    字符疊加的視頻輸 入要求2.5V以上,而系統(tǒng)中CCD視頻信號(hào)的電壓在1.0V左右,因此需要把CCD視頻信號(hào)的電壓上拉。這里采用三極管電壓放大,將視頻上拉2V的電 壓,保證字符疊加的正常工作。但是,視頻輸出信號(hào)如果不處理,直接在顯示器上顯示,則會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕過(guò)亮。因此,在字符疊加器出后,要去掉上拉的直流電壓,這 里采用電容濾波和三極管跟隨,保證視頻信號(hào)不失真。

    由于顯示器水平方向像素之間的點(diǎn)距與垂直方向上的點(diǎn)距呈現(xiàn)4：3的關(guān)系,在圖形軟件的圓算法中,得到將是一個(gè)橢圓形。因此,在圓的算法中,坐標(biāo)系中的圓在水平方向上縮小1/4,再經(jīng)過(guò)屏幕坐標(biāo)與RAM的轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在RAM中,從而就得到一個(gè)圓,且。

    實(shí)驗(yàn)表明,該系統(tǒng)可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨軸承的質(zhì)量檢驗(yàn),其精度能夠滿足要求,且穩(wěn)定可靠。同時(shí),也大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,得到電能表企業(yè)的應(yīng)用。