激光光斑軌跡提取及顯示裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了激光光斑軌跡提取及顯示裝置與方法，該裝置包括圖像處理器、ADC圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器、DAC圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器、顯示器、CCD傳感器、存儲(chǔ)模塊；由CCD傳感器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)ADC圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸送至圖像處理器進(jìn)行圖像處理，經(jīng)處理的圖像由DAC圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為PAL或NTSC標(biāo)準(zhǔn)制式的模擬電視信號(hào)，再由顯示器輸出；存儲(chǔ)模塊與圖像處理器連接，用于增加圖像處理器的存儲(chǔ)空間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，使用方便，通過本裝置及方法可以快速采集并顯示激光光斑的軌跡，進(jìn)而判斷設(shè)備的激光掃描軌跡是否符合預(yù)定軌跡，本發(fā)明可大大提升激光加工和激光表演設(shè)備的調(diào)試和出廠工作驗(yàn)收效率。
【專利說明】激光光斑軌跡提取及顯示裝置與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電領(lǐng)域，具體涉及激光光斑軌跡提取及顯示。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光掃描技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)志著一門跨學(xué)科、跨行 業(yè)的新型科學(xué)的誕生。振鏡式激光掃描作為激光掃描技術(shù)的主要應(yīng)用，以其高精度、高速度 等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于激光打標(biāo)、醫(yī)學(xué)診斷、激光演示以及激光加工等領(lǐng)域。
[0003] 在激光加工設(shè)備或者激光表演設(shè)備的制作調(diào)試或出廠驗(yàn)收時(shí)，需要實(shí)時(shí)記錄激光 打在工作臺(tái)或者墻面上的激光光斑的軌跡，以判斷設(shè)備的激光掃描軌跡是否符合預(yù)定軌 跡，同時(shí)也可在后臺(tái)進(jìn)行觀察，這對(duì)激光加工和表演設(shè)備的調(diào)試和出廠工作狀態(tài)驗(yàn)收具有 重要的意義。然而，目前市場(chǎng)上并無針對(duì)激光加工設(shè)備或者表演設(shè)備驗(yàn)收時(shí)適用的實(shí)時(shí)采 集、顯示激光光斑運(yùn)動(dòng)軌跡的產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述問題，本發(fā)明提出了激光光斑軌跡提取及顯示裝置與方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 激光光斑軌跡提取及顯示裝置，其特征在于，包括圖像處理器、ADC圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換 器、DAC圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器、顯示器、CXD傳感器、存儲(chǔ)模塊；由C⑶傳感器輸出的模擬信號(hào) 經(jīng)ADC圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸送至圖像處理器進(jìn)行圖像處理，經(jīng)處理的圖像由 DAC圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為PAL或NTSC標(biāo)準(zhǔn)制式的模擬電視信號(hào)，再由顯示器輸出；存儲(chǔ) 模塊與圖像處理器連接，用于增加圖像處理器的存儲(chǔ)空間。
[0007] 進(jìn)一步，ADC圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用視頻解碼器SAA7115芯片，用于將C⑶傳感器輸 出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為BT. 656格式的數(shù)字信號(hào)。
[0008] 進(jìn)一步，DAC圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用視頻編碼芯片SAA7121，用于將圖像處理器輸出 的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為PAL或NTSC標(biāo)準(zhǔn)制式的模擬電視信號(hào)。
[0009] 進(jìn)一步，處理器采用TMS320DM642圖像處理器。
[0010] 進(jìn)一步，存儲(chǔ)模塊為外擴(kuò)SRAM和FLASH芯片，用于增加圖像處理器的存儲(chǔ)空間。
[0011] 激光光斑軌跡提取及顯示方法，其特征在于，包括：
[0012] 1)開辟兩個(gè)色差信號(hào)Cr、Cb緩沖區(qū)以及亮度信號(hào)Y的捕獲、顯示和臨時(shí)計(jì)算緩沖 區(qū)；捕獲緩沖區(qū)用于接收存儲(chǔ)一幀視頻圖像；臨時(shí)計(jì)算緩沖區(qū)用于中間數(shù)據(jù)處理、臨時(shí)計(jì) 算；顯示緩沖區(qū)用于存儲(chǔ)監(jiān)視器顯示的數(shù)據(jù)。
[0013] 2)采集光斑運(yùn)動(dòng)圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換為BT. 656格式的數(shù)字信號(hào)，將當(dāng)前幀的數(shù) 字信號(hào)的亮度信號(hào)Y放置在捕獲緩沖區(qū)中；
[0014] 3)對(duì)視頻圖像進(jìn)行濾波和閾值分割；
[0015] 4)判斷是否存在光斑目標(biāo)：對(duì)閾值分割后的二值化圖像進(jìn)行質(zhì)心定位，如果存在 定位值，則說明當(dāng)前幀光斑目標(biāo)存在，否則，當(dāng)前幀光斑目標(biāo)不存在；
[0016] 5)質(zhì)心送顯示處理：將在臨時(shí)緩沖區(qū)以光斑目標(biāo)質(zhì)心為中心的的3*3臨域中的像 素點(diǎn)灰度值全部設(shè)置為255 (亮點(diǎn)）；
[0017] 6)將處理后的當(dāng)前幀圖像拷貝至顯示緩沖區(qū)。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，使用方便，通過本裝置及方法可以快速采集并顯示激光光斑 的軌跡，進(jìn)而判斷設(shè)備的激光掃描軌跡是否符合預(yù)定軌跡，本發(fā)明可大大提升激光加工和 激光表演設(shè)備的調(diào)試和出廠工作驗(yàn)收效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0022] 如圖1所示，基于TMS320DM642的激光光斑軌跡提取及顯示裝置，包括處理器、圖 像模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)、圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC)、顯示器、CXD傳感器、外擴(kuò)SRAM和FLASH。
[0023] 處理器采用TMS320DM642圖像處理器，主要負(fù)責(zé)光斑軌跡提取算法的實(shí)現(xiàn)以及軌 跡的實(shí)時(shí)顯示。
[0024] 圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)采用視頻解碼器SAA7115芯片，用于將CXD傳感器輸出的 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為BT. 656格式的數(shù)字信號(hào)。
[0025] 圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC)采用視頻編碼芯片SAA7121，用于將TMS320DM642輸出的數(shù) 字信號(hào)轉(zhuǎn)換為PAL或NTSC標(biāo)準(zhǔn)制式的模擬電視信號(hào)。
[0026] 顯示器可采用普通IXD顯示器，帶AV視頻輸入接口，用于將實(shí)時(shí)提取的軌跡實(shí)時(shí) 顯示出。
[0027] C⑶傳感器為普通黑白線陣(XD，分辨率一般為752*586,用于采集光斑運(yùn)動(dòng)圖像 數(shù)據(jù)。
[0028] 系統(tǒng)外擴(kuò)SRAM和FLASH芯片，分別用于增加 TMS320DM642系統(tǒng)存儲(chǔ)空間。
[0029] 系統(tǒng)工作原理如下：系統(tǒng)以TMS320DM642為核心，由C⑶攝像頭采集的激光筆光斑 掃描的區(qū)域，經(jīng)視頻解碼器SAA7115芯片轉(zhuǎn)換為BT. 656格式的數(shù)字信號(hào)，送入DM642將進(jìn) 行處理。一方面將處理后的視頻圖像寫入輸出幀緩沖FIFO中，控制視頻編碼芯片SAA7121 將其轉(zhuǎn)換為PAL或NTSC標(biāo)準(zhǔn)制式的模擬電視信號(hào)輸出。另一方面通過一定的算法處理，提 取出當(dāng)前幀目標(biāo)位置信息，并將其保存。經(jīng)過上述操作，從CCD輸入的視頻圖像每幀均計(jì)算 激光光斑位置，隨著時(shí)間的持續(xù)及激光光斑位置的移動(dòng)，從而在顯示器上形成激光光斑運(yùn) 動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度。
[0030] 如圖2所示，基于TMS320DM642的激光光斑軌跡提取及顯示方法，包括以下步驟：
[0031] 第一步：系統(tǒng)上電初始化。
[0032] 第二步：開辟內(nèi)存緩沖區(qū)
[0033] 在TMS320DM642內(nèi)存區(qū)中開辟兩個(gè)色差信號(hào)Cr和Cb以及亮度信號(hào)Y的捕獲、顯 示和臨時(shí)計(jì)算緩沖區(qū)。其中捕獲緩沖區(qū)主要用于接收CCD-幀視頻圖像（當(dāng)滿足條件，該 緩沖區(qū)數(shù)據(jù)自動(dòng)更新）；而臨時(shí)計(jì)算緩沖區(qū)主要用于中間數(shù)據(jù)處理，臨時(shí)計(jì)算等；顯示緩沖 區(qū)用于送監(jiān)視器顯示，其數(shù)據(jù)由硬件SAA7121視頻解碼輸出芯片自動(dòng)裝載，并送顯示器顯 示。因此，使用時(shí)可直接對(duì)捕獲緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將中間結(jié)果保存在臨時(shí)緩沖 區(qū)中，最后將臨時(shí)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)覆蓋于顯示緩沖區(qū)，可以有效的節(jié)省存儲(chǔ)空間。
[0034] 第三步：接收CCD視頻圖像，并將當(dāng)前幀圖像放置到捕獲緩沖區(qū)中。
[0035] TMS320DM642開始接收CCD模擬視頻圖像，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換為BT. 656格式的數(shù)字信 號(hào)，TMS320DM642將當(dāng)前幀的數(shù)字信號(hào)的亮度信號(hào)Y放置在捕獲緩沖區(qū)中。
[0036] 第四部：視頻圖像預(yù)處理
[0037] 視頻圖像預(yù)處理包含兩個(gè)小步驟，分別為圖像濾波和閾值分割，分別如下：
[0038] (1)首先采用加權(quán)均值濾波算法做圖像濾波處理，圖像選取3X3的鄰域，為避免 除法運(yùn)算，濾波算法采用下式計(jì)算：
[0039] g2 (x, y) = [f (χ-l, y-1) +f (χ-l, y) ?Ι+f (χ-l, y+1) +f (χ, y-1) ?Ι+f (χ, y) ?2
[0040] +f (χ, y+1) <<l+f (χ+1, y-1) +f (χ+1, y) <<l+f (χ+1, y+1) ] >>4
[0041] 式中，"〈〈"表示左移，"》"表示右移，f(X，y)為輸入至濾波器的原始圖像，g(x，y) 為處理后圖像。
[0042] (2)采用自適應(yīng)閾值分割算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分割，算法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0043] 1)求出圖像中最小和最大的灰度值Z1和Zk，令閾值初值T tl = (ZfZk)/2。

【權(quán)利要求】
1. 激光光斑軌跡提取及顯示裝置，其特征在于，包括圖像處理器、ADC圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換 器、DAC圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器、顯示器、（XD傳感器、存儲(chǔ)模塊；由C⑶傳感器輸出的模擬信號(hào) 經(jīng)ADC圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸送至圖像處理器進(jìn)行圖像處理，經(jīng)處理的圖像由 DAC圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為PAL或NTSC標(biāo)準(zhǔn)制式的模擬電視信號(hào)，再由顯示器輸出；存儲(chǔ) 模塊與圖像處理器連接，用于增加圖像處理器的存儲(chǔ)空間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光斑軌跡提取及顯示裝置，其特征在于，ADC圖像模數(shù)轉(zhuǎn) 換器采用視頻解碼器SAA7115芯片，用于將CCD傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為BT. 656格式 的數(shù)字信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光斑軌跡提取及顯示裝置，其特征在于，DAC圖像數(shù)模轉(zhuǎn) 換器采用視頻編碼芯片SAA7121，用于將圖像處理器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為PAL或NTSC標(biāo) 準(zhǔn)制式的模擬電視信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光斑軌跡提取及顯示裝置，其特征在于，處理器采用 TMS320DM642圖像處理器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光斑軌跡提取及顯示裝置，其特征在于，存儲(chǔ)模塊為外 擴(kuò)SRAM和FLASH芯片，用于增加圖像處理器的存儲(chǔ)空間。
6. 激光光斑軌跡提取及顯示方法，其特征在于，包括： 1) 開辟兩個(gè)色差信號(hào)Cr、Cb緩沖區(qū)以及亮度信號(hào)Y的捕獲、顯示和臨時(shí)計(jì)算緩沖區(qū)； 捕獲緩沖區(qū)用于接收存儲(chǔ)一幀視頻圖像；臨時(shí)計(jì)算緩沖區(qū)用于中間數(shù)據(jù)處理、臨時(shí)計(jì)算； 顯示緩沖區(qū)用于存儲(chǔ)監(jiān)視器顯示的數(shù)據(jù)。 2) 采集光斑運(yùn)動(dòng)圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換為BT. 656格式的數(shù)字信號(hào)，將當(dāng)前幀的數(shù)字信 號(hào)的亮度信號(hào)Y放置在捕獲緩沖區(qū)中； 3) 對(duì)視頻圖像進(jìn)行濾波和閾值分割； 4) 判斷是否存在光斑目標(biāo)：對(duì)閾值分割后的二值化圖像進(jìn)行質(zhì)心定位，如果存在定位 值，則說明當(dāng)前幀光斑目標(biāo)存在，否則，當(dāng)前幀光斑目標(biāo)不存在； 5) 質(zhì)心送顯示處理：將在臨時(shí)緩沖區(qū)以光斑目標(biāo)質(zhì)心為中心的的3*3臨域中的像素點(diǎn) 灰度值全部設(shè)置為255 (亮點(diǎn)）； 6) 將處理后的當(dāng)前幀圖像拷貝至顯示緩沖區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光光斑軌跡提取及顯示方法，其特征在于，步驟3)中采用 加權(quán)均值濾波算法進(jìn)行圖像濾波處理，圖像選取3X3的鄰域，為避免除法運(yùn)算，濾波算法 采用下式計(jì)算： g(x,y) =[f(x-1,y-1)+f(x-1,y) ?l+f(x-1,y+1)+f(x,y-1) ?l+f(x,y) ?2+f(x,y+1 )?l+f(x+1,y-1)+f(x+1,y) ?l+f(x+1,y+1) ] ?4 式中，"〈〈"表示左移，">>"表示右移，f(x，y)為輸入至濾波器的原始圖像，g(x，y)為 處理后圖像。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光光斑軌跡提取及顯示方法，其特征在于，步驟3)中閾值 分割算法的實(shí)現(xiàn)步驟如下： 1) 求出圖像中最小和最大的灰度值&和Zk，令閾值初值I； = (Zi+Zj/2 ; 2) 根據(jù)閾值Tk將圖像分割成目標(biāo)和背景兩部分，求出兩部分的平均灰度值&和ZB:
式中f(i，j)是圖像上（i，j)點(diǎn)的灰度值，N(i，j)是（i，j)點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)； 3) 求出新的閾值Tk+1 = (ZQ+ZB)/2 ; 4) 如果Tk =Tk+1* |Tk_Tk+1|彡e(e為一較小的值），則結(jié)束，否則k-k+1，轉(zhuǎn)到步 驟2重新計(jì)算； 5) 根據(jù)求得的閾值，對(duì)圖像中的灰度值進(jìn)行設(shè)置：當(dāng)像素灰度值大于或等于閾值時(shí)， 將本像素灰度值設(shè)置為255 ;當(dāng)像素灰度值小于閾值時(shí)，將本像素灰度值設(shè)置為0。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光光斑軌跡提取及顯示方法，其特征在于，步驟4)中對(duì)閾 值分割后的二值化圖像進(jìn)行質(zhì)心定位，定位算法如下： 若目標(biāo)區(qū)域?yàn)镹XN，則質(zhì)心的位置為：
其中Xi;j和yi;j分別為目標(biāo)區(qū)域中像元（i，j)的橫縱坐標(biāo)，f(i，j)為像元（i，j)的灰 度值，T為像素閾值。
【文檔編號(hào)】H04N7/18GK104410811SQ201410527501
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】肖永軍, 丁幺明, 李紀(jì)平, 熊曾剛, 易青松, 黃永林, 馬洪華 申請(qǐng)人:湖北工程學(xué)院