摘 要：隨著圖像處理軟件、硬件的發(fā)展，圖像處理技術(shù)越來(lái)越現(xiàn)實(shí)的被應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中。 本文充分利用嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)PC104優(yōu)化、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，與圖像處理技術(shù)結(jié)合，把工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)攝取的檢測(cè)圖像進(jìn)行數(shù)字處理，得到所需監(jiān)測(cè)目標(biāo)的圖像特征值，根據(jù)結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制指令，完成工業(yè)自動(dòng)控制過(guò)程。文章從硬件構(gòu)成和軟件實(shí)現(xiàn)探討了基于PC104實(shí)時(shí)工業(yè)圖像檢測(cè)的可實(shí)施性。 關(guān)鍵詞：PC104; 圖象處理; 串口液晶 引言 　　把圖像應(yīng)用到工業(yè)中時(shí)很有實(shí)用價(jià)值的，攝取圖像通常不帶破壞性，是安全的。它又是一件不費(fèi)力的事，且成本也不昂貴。計(jì)算機(jī)與圖像處理的結(jié)合也在快速發(fā)展中，從20世紀(jì)60年代起，人們就想利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)的原理構(gòu)造出有用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，受多方面因素的影響，很難實(shí)現(xiàn)。隨著科技發(fā)展，計(jì)算機(jī)和圖像系統(tǒng)的價(jià)格已經(jīng)很便宜，意味著研究工作有一定可行性。 　　在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)之中，視覺(jué)檢測(cè)往往是不可缺少的環(huán)節(jié)。比如，汽車零件的外觀，藥品包裝的正誤，IC字符印刷的質(zhì)量，電路板焊接的好壞，等等，都需要眾多的檢測(cè)工人，通過(guò)肉眼或結(jié)合顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)檢驗(yàn)。大量的檢測(cè)人工不僅影響工廠效率，而且?guī)?lái)不可靠的因素，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量與成本。另外，許多檢測(cè)的工序不僅僅要求外觀的檢測(cè)，同時(shí)需要準(zhǔn)確獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)，比如零件的寬度，圓孔的直徑，以及基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)等等，這些工作則是很難靠人眼快速完成。 　　與此同時(shí),與PC兼容的單板機(jī)也在硬件杠桿即與PC芯片兼容可降低成本，獲得更簡(jiǎn)單和更容易的系統(tǒng)支持;和軟件杠桿為可充分利用PC操作系統(tǒng)、語(yǔ)言、工具軟件的作用下得到了進(jìn)一步的發(fā)展。PC104與普通PC總線控制系統(tǒng)的主要不同是： 　　1、小尺寸結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)模塊的機(jī)械尺寸是3.6X3.8英寸，即96X90mm 　　2、堆棧式連接：總線以“針”和“孔”形式層疊連接，PC104總線模塊之間總線的連接是通過(guò)上層的針和下層的接線孔相互咬和相連，這種層疊封裝有極好的抗震性。 　　3、輕松總線驅(qū)動(dòng)：減少元件數(shù)量和電源消耗，4mA總線驅(qū)動(dòng)即可使模塊正常工作，，每個(gè)模塊1-2瓦能耗。 1 系統(tǒng)構(gòu)成 　　1.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 　　系統(tǒng)以嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)PC/104為核心，以紅外接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)是否有工件進(jìn)入檢測(cè)范圍，當(dāng)有待測(cè)工件進(jìn)入測(cè)量范圍，啟動(dòng)USB接口攝像機(jī)攝取檢測(cè)圖像并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)軟件處理后把相應(yīng)的處理結(jié)果加以記錄并通過(guò)液晶顯示出來(lái)，當(dāng)遇到不符條件的工件時(shí)控制過(guò)程開(kāi)關(guān)檢出此工件。系統(tǒng)框圖參見(jiàn)圖1。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)框圖[/align] 　　1.2 系統(tǒng)硬件說(shuō)明 　　工業(yè)流水線上的工件經(jīng)過(guò)機(jī)械位置調(diào)整后，當(dāng)工件觸發(fā)紅外接近開(kāi)關(guān)，USB接口攝像機(jī)的捕獲工件圖像，作為數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，并對(duì)其作進(jìn)一步圖像處理運(yùn)算。得到所需監(jiān)測(cè)目標(biāo)的圖像特征值，根據(jù)結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制指令，完成工業(yè)自動(dòng)控制過(guò)程。處理結(jié)果可以通過(guò)串口液晶模塊顯示，還可以存儲(chǔ)在通過(guò)CF卡接口擴(kuò)展的大容量存儲(chǔ)單元中并由RJ45以太網(wǎng)接口傳給上位機(jī)。 　　嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)PC/104：嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)采用ST公司的嵌入式CPU STPC Atlas，它是一款增強(qiáng)型486 DX/DX2 CPU。 當(dāng)工作在DX2模式下的工作頻率可達(dá)133MHz。Atlas 內(nèi)部集成了一個(gè)2D圖形控制器和一個(gè)內(nèi)存控制器，可以直接擴(kuò)展LCD/CRT 接口及100MHz的SDRAM，最大容量可以支持到64Mbytes。 板上還集成10/100Mbps網(wǎng)絡(luò)接口、DOC接口、EIDE、二個(gè)USB、通用串口、并口及PC/104接口。是高性價(jià)比，結(jié)構(gòu)緊湊的嵌入式控制模塊。 　　5V穩(wěn)壓源：供電系統(tǒng)采用5V電源為整個(gè)系統(tǒng)供電，可使用交流220V經(jīng)變壓器后，由7805等三端穩(wěn)壓器件輸出;3.3V鋰電池為RTC供電，保持日歷時(shí)鐘。 　　CF卡接口：用于大容量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)。 　　串口液晶模塊：PC104有3線，9線串口，可接MAX211、MAX232、MAX485等電平轉(zhuǎn)換芯片，用以串口通訊。擴(kuò)展的串口通訊液晶，通過(guò)RS232串口可以顯示字符，圖形，曲線等。內(nèi)含12＊12，16＊16，24＊24點(diǎn)陣含字庫(kù)，通訊速率可選：1200/2400/9600/19200/38400/57600/115200 bps可軟件設(shè)置，默認(rèn)速率為9600，通過(guò)跳線完成。自帶flash可存儲(chǔ)100多幅頁(yè)面或畫面。 　　以太網(wǎng)接口：安裝RJ45接口，2個(gè)LED顯示其狀態(tài)。 　　PS/2調(diào)試鍵盤擴(kuò)充標(biāo)準(zhǔn)AT-PS2鍵盤：通過(guò)轉(zhuǎn)換線接PS/2工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，價(jià)格低廉且通用。采用雙向同步串行協(xié)議，與BIOS緊密結(jié)合，在編程上實(shí)現(xiàn)BIOS級(jí)的兼容，可直接使用各種C庫(kù)函數(shù)。運(yùn)行PS2KEY.EXE執(zhí)行鍵盤駐留程序。由于鍵盤在系統(tǒng)中僅調(diào)試時(shí)使用，所以不采用常見(jiàn)的矩陣鍵盤，省去了鍵盤部分的外接電路。 　　USB接口攝像機(jī)：系統(tǒng)檢測(cè)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品，決定產(chǎn)品是否符合質(zhì)量要求，并根據(jù)結(jié)果，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)輸入上位機(jī)。系統(tǒng)中圖像獲取設(shè)備包括光源、USB接口攝像機(jī)等。對(duì)于與PC104不兼容的USB接口攝像機(jī)驅(qū)動(dòng)，需要編寫對(duì)應(yīng)的DLL文件。 　　紅外接近開(kāi)關(guān)：利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。紅外接近開(kāi)關(guān),IR發(fā)射管一旦被驅(qū)動(dòng)，它便發(fā)出IR信號(hào)， 接收頭收到這個(gè)信號(hào)并輸出低電平。因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾較雜，采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)，同時(shí)讓IR LED發(fā)送一定寬度的脈沖信號(hào)，在發(fā)送端和接收端連接一個(gè)判別電路如果發(fā)/收的信號(hào)一致，就認(rèn)為沒(méi)有物體接近，否則就有。對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。對(duì)于不透明的檢測(cè)物體，采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)保證檢測(cè)的可靠性。 2 系統(tǒng)流程 　　2.1 控制流程 　　通過(guò)USB接口攝像機(jī)形成機(jī)器視覺(jué)，完成對(duì)圖像的獲取，在PC104中對(duì)數(shù)字圖像處理分析并顯示輸出結(jié)果。 　　將近80%的工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)主要用在檢測(cè)方面，包括用于提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量、采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。產(chǎn)品的分類和選擇也集成于檢測(cè)功能中?；赑C104的實(shí)時(shí)工業(yè)圖像檢測(cè)控制流程參見(jiàn)圖2。 [align=center] 圖2 系統(tǒng)控制流程圖[/align] 　　通過(guò)PS/2調(diào)試鍵盤，把初始化參數(shù)輸入工業(yè)計(jì)算機(jī)，并進(jìn)行軟件調(diào)試。也可以擴(kuò)展特制工業(yè)鍵盤，方便調(diào)試和工業(yè)操作。相應(yīng)鍵盤軟件流程參見(jiàn)下一節(jié)。當(dāng)機(jī)械傳送帶送待測(cè)工件至攝像機(jī)視野后，紅外接近開(kāi)關(guān)在工件到達(dá)攝像機(jī)視野正中時(shí)給出觸發(fā)信號(hào)，攝像機(jī)獲取工件圖像，并把數(shù)字圖像送至PC104，由圖像處理軟件計(jì)算所需要的圖像特征值。與工件標(biāo)準(zhǔn)相比較，根據(jù)結(jié)果顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)圖像并發(fā)出指令。 　　2.2 相關(guān)軟件流程 　　圖像處理軟件流程：獲取圖像由于受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)脈沖干擾，圖像在捕獲和傳輸過(guò)程中產(chǎn)生椒鹽脈沖等噪聲，必須經(jīng)過(guò)濾波處理。對(duì)圖像開(kāi)運(yùn)算除去比結(jié)構(gòu)元素更小的明亮細(xì)節(jié)，再利用閉運(yùn)算去除比結(jié)構(gòu)元素更小的暗色細(xì)節(jié)，開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算用來(lái)平滑圖像同時(shí)去除噪聲，流程圖參見(jiàn)圖3。 [align=center] 圖3 圖像處理流程[/align] 　　若擴(kuò)展特制鍵盤，其鍵盤軟件參考程序如下，鍵盤例程： 　　#include <＊.h> //包括所需頭文件 　　Int main（int argc, char ＊ argv[]） 　　｛ 　　 Int keyval; 　　 . 　　 . // 初始化 　　 While （1） 　　 ｛ 　　 keyval= getch（）; //獲取鍵入字符 　　 switch （keyval） 　　 ｛ 　　 case ‘1’: //若按鍵1按下 　　 user_fun1（）; // 用戶程序 　　 break; 　　 . 　　 . // 其他鍵值 　　 default: 　　 ; 　　 ｝ 　　 ｝ 　　 return 0; 　?。? 3 系統(tǒng)仿真 　　運(yùn)用計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)對(duì)圖像數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，從而得到所需要的各種目標(biāo)圖像特征值，再根據(jù)其結(jié)果顯示圖象，輸出數(shù)據(jù)，發(fā)出指令，配合執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成位置調(diào)整，好壞篩選，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等自動(dòng)化流程。與人工視覺(jué)相比較，機(jī)器視覺(jué)的最大優(yōu)點(diǎn)是精確，快速，可靠，以及數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。 　　圖4說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)模擬工件的處理過(guò)程，確定模擬工件圓柱直徑： [align=center] 圖4 模擬工件處理過(guò)程[/align] 　　模擬工件在傳送中觸發(fā)紅外接近開(kāi)關(guān)，USB接口攝像機(jī)捕獲工件圖像a，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾較多，圖像在經(jīng)過(guò)濾波b，以及開(kāi)、閉運(yùn)算平滑處理后c，為計(jì)算工件的圓柱直徑，把圖像二值，骨骼化并進(jìn)行重構(gòu)處理，獲得直徑參數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)工件參數(shù)比較，若誤差超出允許范圍，給出信號(hào)，并把相關(guān)數(shù)據(jù)記錄或上傳給上位機(jī)。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　自從1987年產(chǎn)生第一塊PC104，對(duì)PC104感興趣的人越來(lái)越多，本文探討了PC104對(duì)工業(yè)圖像的實(shí)時(shí)檢測(cè)。圖像處理設(shè)備包括相應(yīng)的軟件和硬件系統(tǒng);輸出設(shè)備是與制造過(guò)程相連的有關(guān)系統(tǒng)，包括過(guò)程控制器和報(bào)警裝置等。圖像數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理后，對(duì)所得的圖像特征值進(jìn)行分析，并完成對(duì)生產(chǎn)線的產(chǎn)品控制，若發(fā)現(xiàn)不合格品，則報(bào)警器告警，并將其排除出生產(chǎn)線，本系統(tǒng)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] Gonzalez, R.C. and Woods, R.E. 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