对图像的特征及参数的提取和识别，不仅要求有较好的精度，还要求有很高的速度，否则就无法在温度表的运动中测定图像关键区域的位置，实现对温度表的控制。系统对速度的要求除了机器的档次之外，更主要的是开发较快较好的算法程序。为了进行温度表图像特征的研究，改进图像的分析准确性和效率，系统还包括了对图像脱机分析程序，资料图像的存储和管理程序，人工对比等相应的辅助程序，从而为系统提取图像处理模型、测试图像算法提供了方便。在有了一定的图像积累后，不用外部采集设备，可以用模仿方式进行系统调试和改进。

2　系统的硬件实现

2.1　摄像模块

　　摄像模块决定了系统的最终测量精度。系统设计选择了CCD器件作为图像接收器。CCD具有体积小，重量轻，电压及功耗低、可靠性高，使用寿命长、价格低等一系列优点，特别是它的理想的线性扫描，较高的分辨率以及很高的光灵敏度，是本系统理想的首选器件。采用普通的具有480线～600线（TVL电视行）的黑白CCD摄像机就已基本满足本系统的要求了。CCD的结构是在1块矩形硅片上按行列制作高密度的光生电荷耦合器以及转换输出这些电荷的电路。这块硅片又称为CCD靶或面阵CCD。面阵CCD常用的有1/2 in（指对角线）、1/3 in、1 in等多种。摄像镜头（物镜）的选择有2种方案，一为用显微物镜，这类镜头比较适合本系统的近距离摄像方式。在进行系统整体设计时选用显微物镜是一个较好的方案，但是在现有系统上加装显微镜，则显得不方便，特别是固定调整及调焦都有困难，如选用变焦显微镜则价格贵。本方案最后选用了固定式长焦镜头。长焦镜头的原用途是作望远镜的，但取其视场小的特点，略加改造，也可在近距离作放大镜头使用。摄像物镜配合CCD摄像机的成像原理，即将CCD靶放在物镜像方焦点上，使成像正好落在CCD靶上，CCD的扫描电路把CCD靶上的光生电荷图像逐个转换成电压，排队输出，并加上电视同步信号，把这些信号加到电视机上，就再现了被摄物的图象。CCD器件上的感光单元的密度即所谓像元密度决定了CCD对成像的解析分辨力，而成像的质量则完全取决于镜头。

　　根据温度检定规程，在人工读数时，精度要求是按照温度表最小刻度示值的1/10读出。目前温度表中刻度线间距离最小的为小通风干湿表，该表的刻度间距按规范要求是>0.4 mm。按照奈奎斯特定理，1个摄像器件能够分辨的最高频率等于它的采样频率的1/2。由此可计算出，在0.4 mm内得到1/10的分辨力需要20线的采样点，才能满足采样定理的要求。此时对应的每mm采样线数为20/0.4 = 50线。当选用具有隔行扫描的电视CCD面阵的摄像头时，在电视图像上可获得480垂直分辨行。于是，可以求出当采样线数为50线/mm时，电视满屏时最大的被摄物高度为480/50 =9.6 mm。如此小的视场，对镜头的要求很高，也提高了对图像位置控制难度。

2.1.1　CCD及镜头

　　根据物高和像高用高斯公式：f=d0/(1＋m0)可求得所需镜头的焦长。

　　式中f为焦长（mm），d0为物距（mm），m0为物高/像高比（物方放大率）。

　　已知物高9.6 mm。像高即CCD感光阵面的高度尺寸，1/2 in阵面高度为4.8 mm,1/3 in阵面为3.3 mm。物距即物镜到被摄物的距离，由温度槽的结构决定。在常规温度槽中，物距有2种，即180 mm和200 mm。我们居中取190 mm进行计算。将这些参数代入上式，可得:1/2 in阵面CCD f=63 mm,1/3 in阵面f=48 mm。

　　按目前固定焦长镜头的产品序列，1/2 in阵面可选用75 mm镜头，1/3 in阵面可选50 mm镜头。根据实际情况和条件，我们选用1/2 in阵面CCD和75 mm镜头的组合。标准长焦镜头用于近距离190 mm摄像时，其象距已远超出原结构的可调范围。即当物距缩短，象距则加长，应使用镜头接圈加长象距。象距可按公式1/f=1/d0＋1/di计算。其中di为象距（像方成象距离），将do参数代入，得di=124 mm，减去原有象距60 mm，则需加接圈长度为64 mm。此外，在镜头的选择上还需满足分辨力和景深的要求。由于近距离摄影，景深范围已经很小，要保持合格的成像要求，就需用小光圈、大镜头和足够强的照明

上一页  [1] [2] [3] [4] [5] 下一页