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    視頻分劃生成技術通過電子技術和單片機技術實現圖形與圖像的疊加,運用疊加的圖形作為瞄準測量標記進行人工或自動測量。石墨軸承度是目前長壽命電能表中的關 鍵轉動件,其質量好壞直接影響電能表的質量特性。電能表廠商目前最好的檢測方法是運用工具顯微鏡檢測石墨軸承的質量,但對石墨內外圓的同軸度測量,用工具 顯微鏡就比較麻煩。本文為實現石墨軸承內外圓同軸度的檢驗提供了一種較簡便的方法。

    石墨軸承檢驗原理

    將石墨軸承放置于檢測工作臺上,通過人工自動定心裝置,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。通過攝像物鏡與CCD接收石墨軸承的圖像,把視頻圖像信號送往視頻疊加器,在顯示器上顯示。CCD視頻圖像經視頻疊加器,對三個同心圓環進行疊加,三 個同心圓環的中心同步可調;內圓作為基準圓,檢測時對準石墨軸承的內圓;兩個外圓直徑對應石墨軸承的同軸度公差且同步可調,以保證標準公差不變。檢測時, 只要石墨軸承的外邊緣落在兩個外圓之間,判定為石墨軸承的同軸度合格。

    主要指標與功能

    石墨軸承檢驗的主要技術指標是圖形分辨率和檢測分辨率。指標分別為512×512像素和0.03mm。主要功能是自動判定內外圓同軸度合格性(人工上料,半自動定位)。

    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 攝像機視場范圍為7.95mm ×6.04mm ,則：

Sx=7.95/512=15.5mm,

Sy=6.04/512=11.8mm。

    設人眼對準誤差為d1,對準石墨軸承的方法是用同心圓環中內圓作為合適的圓瞄準石墨圓環的內圓。兩個外圓的半徑差作為公差范圍,石墨圓環的外圓落在兩個圓環內,判別誤差為一個像素, Sx較大,

    同心圓調整誤差,調整同心圓與石墨軸承內圓套準的誤差為一個像素。

    由于干擾產生的誤差為一個像素d3=±15.5mm。由于上述均為隨機誤差, 根據隨機誤差綜合原則有：

    單片機實現的視頻疊加器

    根據以上數據分析可以知道,理論上只要干擾隨機誤差大于±26.8mm就可以判定內外圓同軸度合格。這里,系統設定。 視頻疊加器是本系統的關鍵,視頻圖像信號通過CCD攝取輸入,制式為PAL制式。視頻圖形信號由視頻疊加器產生,它的掃描方式和圖像信號一致同步。該系統 要求產生三個同心圓環圖形,該圖形通過按鈕調節,在顯示器所顯示的CCD攝取圖像上自由移動,且半徑自動放大和縮小。本系統采用AT89C51和地址刷新 電路設計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 機系統主要功能是向RAM寫圖形數據,其中,WR控制二選一地址選通,單片機15位地址總線自動刷新RAM地址總線,WR控制線控制RAM的讀寫狀態與緩 沖器。圖形數據可通過緩沖器由RAM的數據總線寫入RAM。從RAM中讀取圖形數據時,WR控制選通地址刷新電路的15位地址總線,同時RAM地址自動刷 新,讀出圖形數據,通過并串轉換,輸出串行數據,控制模擬開關IC4053。當控制電平為高電平時,模擬開關輸出可調的圖形灰度電平,控制電平為低電平 時,模擬開關輸出視頻圖像信號,由此實現圖形信號和視頻圖像信號的疊加。

圖1 硬件框圖

    地址刷新電路的任務是與視頻信號同步自動刷新RAM地址。它由同步分離、像素振蕩器、八分頻電路、字節計數器、行計數器、二選一開關組成。同步分離應用于 CCD視頻圖像信號,分離出行同步、場同步脈沖和奇偶場脈沖;像素振蕩器受行同步脈沖控制,進行行正程振蕩和行逆程停振。振蕩器周期就是圖像點時鐘脈寬, 其輸出就是圖像點脈沖;八分頻電路的輸入為圖像點脈沖,輸出作為字節時鐘;字節計數器對字節計數,低六位對應RAM地址總線的A0~A5位。字節計數器每 計一個脈沖就對RAM刷新一次。行同步信號作為字節計數器的清零信號,每計滿64個字節脈沖,就由行同步信號清零,重新開始對下一行的字節脈沖計數。行計 數器對行同步信號計數, 行計數器每計滿512行,由場同步信號清零,重新對下一場的行同步脈沖計數。行計數器的八位輸出對應RAM地址總線的A7~A14位,同樣,計數器每計一 個脈沖,RAM地址換行刷新。對于隔行掃描的CCD,一幀圖像分為奇數場和偶數場,如果圖形數據在RAM中是逐行存放,又直接用字節計數器和行計數器的輸 出去刷新RAM,那么將得到錯誤的圖形數據。如果期望疊加一個圓,屏幕上將顯示上下兩個橢圓。將奇偶場脈沖信號與RAM的A6相連,可以解決隔行掃描和逐 行寫圖形之間的矛盾。

    二選一開關輸出由單片機控制。寫圖形數據時,由單片機地址總線自動刷新RAM地址,讀圖形數據時由高速地址總線自動刷新RAM地址。

    軟件設計

    軟件設計流程框圖如圖2所示。程序首先進行鍵盤初始化圖形存儲RAM清零,二選一開關切換至單片機,根據圓心和半徑的大小調用畫圓子程序,計算同心圓坐標并 寫入顯示RAM。然后將開關切換至地址刷新電路,在顯示器上得到初始的圖形之后,系統處于等待。按鍵采用中斷方式響應,判別鍵號,對圖形的中心位置或同心 圓大小改變進行分析,對顯示RAM內容進行修改,使顯示的圖形位置和半徑大小發生變化。

圖2 軟件框圖

    利用該硬件電路,根據計算機圖形學編寫軟件,可以實現直線、十字線、橢圓等圖形的視頻疊加,也可以實現漢字或數字的視頻疊加。

    調試和結論

    在 CCD視頻信號經過同步分離后,先經過一個延時電路再控制像素振蕩器,這樣刷新電路產生的地址位置會在屏幕上變化。而單片機存儲在RAM中的圖形數據沒有 變化,這相當于在屏幕上對應的坐標(0,0)是隨著延時電路的調節而變化,在SRAM中數據不變的情況下,地址刷新電路刷新RAM時按照新的坐標疊加圖 形,實現了三個同心圓在屏幕上同步移動。該系統避免了通過軟件實現三個同心圓的同步移動,大大減少了軟件調試的工作量。

    字符疊加的視頻輸 入要求2.5V以上,而系統中CCD視頻信號的電壓在1.0V左右,因此需要把CCD視頻信號的電壓上拉。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,視頻輸出信號如果不處理,直接在顯示器上顯示,則會發現屏幕過亮。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,保證視頻信號不失真。

    由于顯示器水平方向像素之間的點距與垂直方向上的點距呈現4：3的關系,在圖形軟件的圓算法中,得到將是一個橢圓形。因此,在圓的算法中,坐標系中的圓在水平方向上縮小1/4,再經過屏幕坐標與RAM的轉換后存儲在RAM中,從而就得到一個圓,且。

    實驗表明,該系統可快速實現對石墨軸承的質量檢驗,其精度能夠滿足要求,且穩定可靠。同時,也大大降低了工人的勞動強度,得到電能表企業的應用。