專利名稱：多路紅外led靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)及其控制方法，屬于視覺測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機(jī)器視覺測量技術(shù)由于具有快速、實(shí)時、靈活以及較高測量精度等優(yōu)點(diǎn)，已越來越多地用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場工件三維外形、基準(zhǔn)特征空間坐標(biāo)以及位置姿態(tài)的測量。相比被測物本身自然存在的點(diǎn)、線、面等特征，光學(xué)靶點(diǎn)容易提取，并且可以增加測量的距離，提高測量精度，所以使用安裝在被測物上的光學(xué)靶點(diǎn)間接測量被測物的幾何特征是一種行之有效的測
量方式。光學(xué)靶點(diǎn)成像光斑中心精確定位是視覺測量技術(shù)的重要基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。經(jīng)過試驗論證，使用紅外LED(Light Emitting Diode)作為光學(xué)靶點(diǎn)，并對光學(xué)靶點(diǎn)成像光斑中心進(jìn)行高斯曲面擬合定位能夠獲得較高精度的靶點(diǎn)中心圖像坐標(biāo)。但該圖像定位方法的前提是成像光斑呈穩(wěn)定可靠的高斯分布。大視野范圍內(nèi)的視覺測量一般涉及多個上述LED光學(xué)靶點(diǎn)，且動態(tài)分布在距離相機(jī)幾米到十幾米的范圍內(nèi)，為保證光學(xué)靶點(diǎn)在大視野范圍內(nèi)的成像光斑均能都符合高斯定位算法的要求并使得各處靶點(diǎn)成像光斑分布一致以提高中心定位的穩(wěn)定性，需要根據(jù)靶點(diǎn)在空間中的不同分布位置對LED靶點(diǎn)亮度進(jìn)行自適應(yīng)控制。目前，面向普通照明領(lǐng)域的LED亮度控制報道較多，但面向普通照明的控制方法和控制系統(tǒng)完全不適用于高精度視覺測量對于紅外LED靶點(diǎn)亮度調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)精度的要求。紅外LED靶點(diǎn)亮度調(diào)節(jié)方式主要有兩類一類是利用A/D轉(zhuǎn)換芯片改變驅(qū)動電壓的方式調(diào)節(jié)流過紅外LED持續(xù)電流的大小，該方法線性度好，但由于直接通過改變電流來調(diào)節(jié)亮度，會使得LED發(fā)出光線的色溫漂移，影響發(fā)光質(zhì)量；更重要的是，對于常用紅外LED允許通過的持續(xù)電流一般不允許超過100mA，在進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量時，以許用的最大持續(xù)電流也無法調(diào)節(jié)出滿足要求的LED亮度；同時，通過改變電壓調(diào)節(jié)電流的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較難實(shí)現(xiàn)同時控制多個紅外LED的要求。另一類是采用多路LED驅(qū)動芯片通過PWM (Pulse Width Modulation)方式調(diào)節(jié)流過紅外LED的平均電流大小，使用PWM方式獨(dú)立調(diào)節(jié)每一個紅外 LED的發(fā)光亮度，該方式下紅外LED的驅(qū)動電壓恒定，所以LED導(dǎo)通時的電流是一個定值，采用高頻的脈沖信號控制LED的導(dǎo)通和關(guān)斷，通過脈沖脈寬調(diào)制的方法調(diào)節(jié)導(dǎo)通和關(guān)斷時間的比例來實(shí)現(xiàn)平均電流大小調(diào)節(jié)，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)同時控制多路紅外LED的發(fā)光亮度、調(diào)節(jié)精度高，但受芯片總功率的限制，各路LED調(diào)光范圍受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種多路紅外LED靶點(diǎn)亮度自適應(yīng)控制系統(tǒng)及其控制方法，解決了大視野視覺測量中光學(xué)靶點(diǎn)的亮度自適應(yīng)控制問題。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
一種多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)，由上位機(jī)決策模塊、通訊電路模塊、光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊通過通訊接口順序連接而成，其中，上位機(jī)決策模塊是由工業(yè)CCD 相機(jī)、圖像采集卡和計算機(jī)分析決策單元雙向順序連接而成；通訊電路模塊由主通訊電路和副通訊電路組成，主通訊電路和副通訊電路通過無線信號連接；光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊由單片機(jī)控制單元、指示單元、多級電壓切換單元、PWM發(fā)生器、推挽電路和紅外LED組成，單片機(jī)控制單元分別與指示單元、多級電壓切換單元和PWM發(fā)生器連接，多級電壓切換單元與η條推挽電路連接，PWM發(fā)生器也與η條推挽電路連接，η為自然數(shù)，且每條推挽電路都與紅外LED順序連接。所述通訊電路模塊有兩種通訊模式有線和無線。所述推挽電路由PNP型三極管和NPN型三極管構(gòu)成。多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟
(1)以給定的初始值使光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊和通訊電路模塊處于工作狀態(tài)，計算機(jī)分析決策單元對工業(yè)CCD相機(jī)采集到的圖像進(jìn)行分析，根據(jù)LED光斑過亮或過暗信息和中心定位精度結(jié)果決策出亮度調(diào)節(jié)參數(shù)，并將參數(shù)寫入PWM發(fā)生器，調(diào)節(jié)各路輸出PWM信號占空比，通過推挽電路作用到紅外LED進(jìn)行亮度控制后，進(jìn)行下一次拍攝；
(2)上位機(jī)決策模塊通過通訊接口RS232將控制信息傳送到主通訊電路，控制信息包括測量開啟、單路靶點(diǎn)調(diào)光、硬件正常工作檢測、錯誤報警、給上位機(jī)反饋處理信息，主通訊電路根據(jù)通訊模式的不同將信號轉(zhuǎn)換有線模式下將信號轉(zhuǎn)換為抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)的RS485差分信號，通過通訊接口傳送到單片機(jī)控制單元；無線模式下則將信號轉(zhuǎn)換為無線載波，副通訊電路接收無線載波后轉(zhuǎn)換為RS485差分信號，通過通訊接口傳送到單片機(jī)控制單元；
(3)單片機(jī)控制單元接收到控制信息后，對信息進(jìn)行解析并執(zhí)行相應(yīng)的動作，若控制信息中有切換電壓的決策命令，則單片機(jī)控制單元啟動多級電壓切換單元對“最大導(dǎo)通電流” 的大小進(jìn)行切換；解析信息中包含的亮度調(diào)節(jié)參數(shù)，驅(qū)動PWM發(fā)生器按照上位機(jī)決策模塊的要求，重新確定占空比大小的脈沖波形，并驅(qū)動推挽電路對各路紅外LED的發(fā)光亮度進(jìn)行獨(dú)立自適應(yīng)調(diào)節(jié)；
(4)單片機(jī)控制單元在執(zhí)行命令中或者執(zhí)行完命令后，反饋給上位機(jī)決策模塊命令執(zhí)行信號，每一條控制信息執(zhí)行后都要反饋執(zhí)行信號給上位機(jī)決策模塊，使其始終掌握光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊的工作狀態(tài)以及命令是否正確執(zhí)行，測量命令反饋的執(zhí)行信息同時是工業(yè)CXD相機(jī)進(jìn)行圖像采集的觸發(fā)信號。所述的光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊采用PWM技術(shù)提供PWM占空比信號，設(shè)計由PNP 型三極管和NPN型三極管構(gòu)成的推挽電路作為紅外LED的直接驅(qū)動，PWM信號通過推挽電路間接對LED靶點(diǎn)進(jìn)行調(diào)光，在推挽電路輸入端增加多級電壓切換單元以改變通過LED的最大導(dǎo)通電流，從而改善LED亮度調(diào)節(jié)精度，提高調(diào)節(jié)范圍，以單片機(jī)控制單元作為響應(yīng)上位機(jī)決策模塊，由單片機(jī)控制單元解析上位機(jī)決策模塊的各種命令，并驅(qū)動光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊執(zhí)行決策命令。在上位機(jī)決策模塊端，設(shè)計一組含有多個亮度等級的調(diào)節(jié)參數(shù)表，按調(diào)節(jié)亮度從小到大順序?qū)?shù)表設(shè)計成先密后疏的非均勻散列形式，以滿足近距離調(diào)光精度和遠(yuǎn)距離調(diào)光范圍的要求；計算機(jī)分析決策單元根據(jù)靶點(diǎn)定位分析結(jié)果得出的LED過亮或過暗信息，在調(diào)節(jié)參數(shù)表中采用二分搜索或慣性搜索等策略，決策出適合的調(diào)節(jié)參數(shù)，經(jīng)由單片機(jī)控制單元發(fā)送給PWM發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM，進(jìn)行LED自適應(yīng)調(diào)節(jié)，直至滿足定位精度要求或者通知單片機(jī)控制單元的指示單元給出調(diào)節(jié)失效信號。
上位機(jī)決策模塊通過通訊電路模塊給單片機(jī)控制單元發(fā)送控制命令，并觸發(fā)單片機(jī)控制單元產(chǎn)生中斷；單片機(jī)控制單元在中斷程序中，按控制命令的傳輸協(xié)議，接收上位機(jī)決策模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗；若數(shù)據(jù)滿足協(xié)議要求，則根據(jù)命令的具體內(nèi)容由單片機(jī)控制單元完成各項控制，包括測量開啟、單路靶點(diǎn)調(diào)光、硬件正常工作檢測、錯誤報警、給上位機(jī)決策模塊反饋處理信息；在單片機(jī)控制單元完成一次控制操作后，對相關(guān)寄存器置位或清零，并等待下一次的上位機(jī)決策模塊的決策信息。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)LED工作電流在幾毫安到幾百毫安間的調(diào)節(jié)，并可保證近距離測量下的 LED調(diào)節(jié)精度和遠(yuǎn)距離測量下的LED調(diào)節(jié)范圍均滿足要求，很好地解決了大視野視覺測量中光學(xué)靶點(diǎn)的亮度自適應(yīng)控制問題。本發(fā)明對于以紅外發(fā)光LED為目標(biāo)靶點(diǎn)的高精度視覺動態(tài)跟蹤、檢測、定位等有重要意義。


圖1是多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。圖2是推挽電路原理圖。圖3是單片機(jī)控制單元的控制流程圖。圖4是上位機(jī)決策模塊中計算機(jī)分析決策單元分析決策流程圖。圖5是本發(fā)明中光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊原理圖。圖6是本發(fā)明中通訊電路模塊的原理圖。圖7是本發(fā)明中副通訊電路的原理圖。圖8是本發(fā)明中1. 5米一10米范圍內(nèi)靶點(diǎn)成像光斑分布圖。圖9是本發(fā)明中不同距離光斑中心灰度分布統(tǒng)計結(jié)果。圖10是本發(fā)明中最大導(dǎo)通電流為70mA下的電流可調(diào)等級表。圖11是本發(fā)明中最大導(dǎo)通電流為200mA下的電流可調(diào)等級表。具體實(shí)施例
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由上位機(jī)決策模塊、通訊電路模塊、光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊通過通訊接口順序連接而成，其中，上位機(jī)決策模塊是由工業(yè)CCD相機(jī)、 圖像采集卡和計算機(jī)分析決策單元雙向順序連接而成；通訊電路模塊由主通訊電路和副通訊電路組成，主通訊電路和副通訊電路通過無線信號連接；光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊由單片機(jī)控制單元、指示單元、多級電壓切換單元、PWM發(fā)生器、推挽電路和紅外LED組成，單片機(jī)控制單元分別與指示單元、多級電壓切換單元和PWM發(fā)生器連接，多級電壓切換單元與η條推挽電路連接，PWM發(fā)生器也與η條推挽電路連接，η為自然數(shù)，且每條推挽電路都與紅外LED順序連接。本發(fā)明中LED靶點(diǎn)亮度自適應(yīng)控制方法詳細(xì)說明如下
(1)采用PNP型三極管和NPN型三極管構(gòu)成推挽電路直接驅(qū)動紅外LED，而PWM發(fā)生器通過推挽電路間接對LED靶點(diǎn)進(jìn)行調(diào)光。這樣既可以實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光功能，又可以通過推挽電路增加LED的驅(qū)動功率，可實(shí)現(xiàn)LED靶點(diǎn)在較大范圍的多級別動態(tài)調(diào)光。推挽電路如圖 2所示。(2)為同時滿足較近測量距離下的調(diào)光精度和較遠(yuǎn)距離下的調(diào)光范圍的要求，在推挽電路電源輸入端增加多級電壓切換單元。遠(yuǎn)距離測量時，自動切換到大驅(qū)動電壓以滿足紅外LED調(diào)光范圍要求，近距離測量時，則切換到小驅(qū)動電壓以使亮度調(diào)節(jié)精度得到滿足。(3)以單片機(jī)控制單元作為響應(yīng)上位機(jī)決策模塊的控制核心單元。在上位機(jī)決策模塊和單片機(jī)控制單元之間制定了每條控制命令的傳輸協(xié)議，包括數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)量以及校驗方式等。上位機(jī)決策模塊通過通訊接口給單片機(jī)控制單元發(fā)送控制命令，并觸發(fā)單片機(jī)控制單元產(chǎn)生中斷；單片機(jī)控制單元在中斷程序中，按控制命令的傳輸協(xié)議，接收上位機(jī)決策模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗。若數(shù)據(jù)滿足協(xié)議要求，則根據(jù)命令的具體內(nèi)容由單片機(jī)控制單元完成各項控制，包括測量開啟、單路靶點(diǎn)調(diào)光、硬件正常工作檢測、錯誤報警、給上位機(jī)決策模塊反饋處理信息等；在單片機(jī)控制單元完成一次控制操作后，對相關(guān)寄存器置位或清零，并等待下一次的上位機(jī)決策模塊的決策信息。圖3為單片機(jī)控制單元的控制流程圖。(4)在上位機(jī)決策模塊端，根據(jù)分級電壓算出的最大導(dǎo)通電流，設(shè)計了一組含有多個亮度等級的調(diào)節(jié)參數(shù)表。為適應(yīng)近距離調(diào)光精度和遠(yuǎn)距離調(diào)光范圍的要求，按調(diào)節(jié)亮度從小到大順序?qū)?shù)表設(shè)計成先密后疏的非均勻散列形式。計算機(jī)分析決策單元根據(jù)靶點(diǎn)定位分析結(jié)果得出的LED過亮或過暗信息，在調(diào)節(jié)參數(shù)表中采用二分搜索或慣性搜索等策略，決策出適合的調(diào)節(jié)參數(shù)，經(jīng)由單片機(jī)控制單元發(fā)送給PWM發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)占空比的 PWM，進(jìn)行紅外LED自適應(yīng)調(diào)節(jié)，直至滿足定位精度要求或者通知單片機(jī)控制單元的指示單元給出調(diào)節(jié)失效信號。圖4為上位機(jī)機(jī)決策模塊計算機(jī)分析決策單元分析決策流程圖。圖1中的單片機(jī)控制單元使用微控制器PIC16F873A，PWM發(fā)生器采用LED驅(qū)動芯片MAX6964，以PNP型三極管S8050和NPN型三極管S8550構(gòu)成推挽電路。采用Honeywell 公司生產(chǎn)的SE3470型紅外發(fā)光二極管作為視覺測量中的特征靶點(diǎn)。光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊原理圖如圖5所示，采用大小兩級電壓切換方式，設(shè)計通過LED最大導(dǎo)通電流在70mA用于近距離精確亮度調(diào)節(jié)，最大導(dǎo)通電流在200mA用于遠(yuǎn)距離大范圍調(diào)節(jié)。因此，將推挽電路接50Ω的上拉電阻后，接HK4100F-DC5V-5H型繼電器。繼電器兩端分別接5V直流電源和12V直流電源，并通過開關(guān)三極管2N3906和TLP512 光電隔離器，接到單片機(jī)的I/O控制口。單片機(jī)控制單元根據(jù)上位機(jī)決策模塊的決策，對繼電器進(jìn)行控制，以切換加載在推挽電路上的工作電壓，從而改變最大導(dǎo)通電流大小。根據(jù) MAX6964輸出端口特點(diǎn)，將MAX6964輸出端口通過IOk Ω上拉電阻接5V直流電源，并經(jīng)由 74!10)4型反相器及3.651^0限流電阻后，接到推挽電路，用于調(diào)節(jié)通過LED的平均電流。通過PIC單片機(jī)和MAX6964芯片的I2C串行接口，結(jié)合上述的推挽電路和繼電器控制完成對各路LED亮度的獨(dú)立調(diào)節(jié)控制。通訊電路模塊的原理圖如圖6所示?？墒褂糜芯€和無線兩種數(shù)據(jù)傳遞方式。數(shù)據(jù)發(fā)送時，首先使用MAX232芯片將計算機(jī)分析決策單元通過自身RS232通訊接口傳遞的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩路TTL電平信號，一路信號經(jīng)過光電隔離后，通過MAX490芯片轉(zhuǎn)換為差分信號，由 RS485接口有線發(fā)送將數(shù)據(jù)傳遞到單片機(jī)控制單元，另一路經(jīng)過74HC04型反相器提升負(fù)載能力后接入無線收發(fā)接口，在該接口連接上無線收發(fā)器可以無線方式將數(shù)據(jù)傳遞到副通訊電路。數(shù)據(jù)接收時，有線模式下，單片機(jī)控制單元發(fā)送給計算機(jī)分析決策單元的數(shù)據(jù)以差分信號通過RS485接口傳遞到主通訊電路后，使用MAX490芯片轉(zhuǎn)換為TTL電平信號，電平信號經(jīng)過TLP512光電隔離器后接入MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后通過RS232通訊接口傳遞給計算機(jī)分析決策單元；無線模式下，無線收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)后，從輸出口按串行協(xié)議以TTL 電平信號發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過反相器增加負(fù)載能力，并通過MAX232芯片電平轉(zhuǎn)換后，通過RS232 通訊接口傳遞給計算機(jī)分析決策單元。副通訊電路如圖7所示。其工作在無線模式，使用CCllOO型無線收發(fā)器和MAX490 芯片實(shí)現(xiàn)TTL電平信號與差分信號的相互轉(zhuǎn)換，使用TLP512光電耦合器進(jìn)行光電隔離，配合工作在無線模式下主通訊電路實(shí)現(xiàn)無線模式通訊功能。在上位機(jī)決策模塊端，按照70mA和200mA的最大導(dǎo)通電流，本實(shí)施例設(shè)計了一組含有50個亮度等級的調(diào)節(jié)參數(shù)表，參數(shù)表設(shè)計成先密后疏的非均勻散列形式。根據(jù)LED光斑定位分析結(jié)果，采用二分搜索策略，若LED過亮，則以參數(shù)表頭和當(dāng)前的調(diào)節(jié)參數(shù)作為搜索域的上下限，若LED過暗，則以當(dāng)前的調(diào)節(jié)參數(shù)和參數(shù)表尾作為搜索域的上下限，以搜索區(qū)域的中值作為下一個調(diào)節(jié)參數(shù)，經(jīng)由單片機(jī)控制單元發(fā)送給MAX6964進(jìn)行LED自適應(yīng)調(diào)節(jié)，直至滿足定位精度要求。靶點(diǎn)定位算法要求靶點(diǎn)成像光斑在大視野的測量范圍內(nèi)分布一致。圖8給出在 1. 5-10米范圍內(nèi)靶點(diǎn)成像光斑分布；從圖中可見不同距離下光斑分布一致性程度高。光斑的中心亮度穩(wěn)定是靶點(diǎn)定位算法的又一重要要求。在1. 5-10米范圍內(nèi)分別取十個距離節(jié)點(diǎn)，每個距離節(jié)點(diǎn)上采集300張圖像，對光斑中心亮度分布進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計。圖 9顯示了四個不同距離下的光斑中心亮度分布統(tǒng)計結(jié)果。從圖中可見，結(jié)果符合高斯隨機(jī)分布，中心亮度穩(wěn)定。圖10和圖11分別給出了最大導(dǎo)通電流為70mA (小功率)下和最大導(dǎo)通電流為 200mA (大功率)下的電流調(diào)節(jié)等級。從圖中可見電流調(diào)節(jié)范圍在0^9mA--140mA。滿足在 1.5-10米范圍內(nèi)的調(diào)光要求。因此以本發(fā)明給出的方法可實(shí)現(xiàn)多路紅外LED靶點(diǎn)的自適應(yīng)調(diào)光，既可滿足近距離的調(diào)光精度要求，又可滿足遠(yuǎn)距離的調(diào)光范圍要求。
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權(quán)利要求
1.一種多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)，其特征在于由上位機(jī)決策模塊、通訊電路模塊、光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊通過通訊接口順序連接而成，其中，上位機(jī)決策模塊是由工業(yè)CCD相機(jī)、圖像采集卡和計算機(jī)分析決策單元雙向順序連接而成；通訊電路模塊由主通訊電路和副通訊電路組成，主通訊電路和副通訊電路通過無線信號連接；光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊由單片機(jī)控制單元、指示單元、多級電壓切換單元、PWM發(fā)生器、推挽電路和紅外LED組成，單片機(jī)控制單元分別與指示單元、多級電壓切換單元和PWM發(fā)生器連接， 多級電壓切換單元與η條推挽電路連接，PWM發(fā)生器也與η條推挽電路連接，η為自然數(shù)，且每條推挽電路都與紅外LED順序連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)，其特征在于所述通訊電路模塊有兩種通訊模式有線和無線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)，其特征在于所述推挽電路由PNP型三極管和NPN型三極管構(gòu)成。
4.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于，包括如下步驟(1)以給定的初始值使光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊和通訊電路模塊處于工作狀態(tài)，計算機(jī)分析決策單元對工業(yè)CCD相機(jī)采集到的圖像進(jìn)行分析，根據(jù)LED光斑過亮或過暗信息和中心定位精度結(jié)果決策出亮度調(diào)節(jié)參數(shù)，并將參數(shù)寫入PWM發(fā)生器，調(diào)節(jié)各路輸出PWM信號占空比，通過推挽電路作用到紅外LED進(jìn)行亮度控制后，進(jìn)行下一次拍攝；(2)上位機(jī)決策模塊通過通訊接口RS232將控制信息傳送到主通訊電路，控制信息包括測量開啟、單路靶點(diǎn)調(diào)光、硬件正常工作檢測、錯誤報警、給上位機(jī)反饋處理信息，主通訊電路根據(jù)通訊模式的不同將信號轉(zhuǎn)換有線模式下將信號轉(zhuǎn)換為抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)的RS485差分信號，通過通訊接口傳送到單片機(jī)控制單元；無線模式下則將信號轉(zhuǎn)換為無線載波，副通訊電路接收無線載波后轉(zhuǎn)換為RS485差分信號，通過通訊接口傳送到單片機(jī)控制單元；(3)單片機(jī)控制單元接收到控制信息后，對信息進(jìn)行解析并執(zhí)行相應(yīng)的動作，若控制信息中有切換電壓的決策命令，則單片機(jī)控制單元啟動多級電壓切換單元對“最大導(dǎo)通電流” 的大小進(jìn)行切換；解析信息中包含的亮度調(diào)節(jié)參數(shù)，驅(qū)動PWM發(fā)生器按照上位機(jī)決策模塊的要求，重新確定占空比大小的脈沖波形，并驅(qū)動推挽電路對各路紅外LED的發(fā)光亮度進(jìn)行獨(dú)立自適應(yīng)調(diào)節(jié)；(4)單片機(jī)控制單元在執(zhí)行命令中或者執(zhí)行完命令后，反饋給上位機(jī)決策模塊命令執(zhí)行信號，每一條控制信息執(zhí)行后都要反饋執(zhí)行信號給上位機(jī)決策模塊，使其始終掌握光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊的工作狀態(tài)以及命令是否正確執(zhí)行，測量命令反饋的執(zhí)行信息同時是工業(yè)CXD相機(jī)進(jìn)行圖像采集的觸發(fā)信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊采用PWM技術(shù)提供PWM占空比信號，設(shè)計由PNP型三極管和NPN型三極管構(gòu)成的推挽電路作為紅外LED的直接驅(qū)動，PWM信號通過推挽電路間接對 LED靶點(diǎn)進(jìn)行調(diào)光，在推挽電路輸入端增加多級電壓切換單元以改變通過LED的最大導(dǎo)通電流，從而改善LED亮度調(diào)節(jié)精度，提高調(diào)節(jié)范圍，以單片機(jī)控制單元作為響應(yīng)上位機(jī)決策模塊，由單片機(jī)控制單元解析上位機(jī)決策模塊的各種命令，并驅(qū)動光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊執(zhí)行決策命令。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于在上位機(jī)決策模塊端，設(shè)計一組含有多個亮度等級的調(diào)節(jié)參數(shù)表，按調(diào)節(jié)亮度從小到大順序?qū)?shù)表設(shè)計成先密后疏的非均勻散列形式，以滿足近距離調(diào)光精度和遠(yuǎn)距離調(diào)光范圍的要求；計算機(jī)分析決策單元根據(jù)靶點(diǎn)定位分析結(jié)果得出的LED過亮或過暗信息，在調(diào)節(jié)參數(shù)表中采用二分搜索或慣性搜索等策略，決策出適合的調(diào)節(jié)參數(shù)，經(jīng)由單片機(jī)控制單元發(fā)送給PWM發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM，進(jìn)行LED自適應(yīng)調(diào)節(jié)，直至滿足定位精度要求或者通知單片機(jī)控制單元的指示單元給出調(diào)節(jié)失效信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于上位機(jī)決策模塊通過通訊電路模塊給單片機(jī)控制單元發(fā)送控制命令，并觸發(fā)單片機(jī)控制單元產(chǎn)生中斷；單片機(jī)控制單元在中斷程序中，按控制命令的傳輸協(xié)議，接收上位機(jī)決策模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗；若數(shù)據(jù)滿足協(xié)議要求，則根據(jù)命令的具體內(nèi)容由單片機(jī)控制單元完成各項控制，包括測量開啟、單路靶點(diǎn)調(diào)光、硬件正常工作檢測、錯誤報警、給上位機(jī)決策模塊反饋處理信息；在單片機(jī)控制單元完成一次控制操作后，對相關(guān)寄存器置位或清零，并等待下一次的上位機(jī)決策模塊的決策信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路紅外LED靶點(diǎn)自適應(yīng)亮度控制系統(tǒng)及其控制方法，屬于視覺測量領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括上位機(jī)決策模塊、通訊電路模塊、光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊，其中，光學(xué)靶點(diǎn)亮度控制電路模塊由單片機(jī)控制單元、指示單元、多級電壓切換單元、PWM發(fā)生器、推挽電路和紅外LED組成。所述推挽電路由PNP型三極管和NPN型三極管構(gòu)成。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)LED工作電流在幾個毫安到幾百毫安之間的動態(tài)調(diào)節(jié)，解決了大視野視覺測量中光學(xué)靶點(diǎn)的亮度控制問題，對于以紅外發(fā)光LED為目標(biāo)靶點(diǎn)的高精度視覺動態(tài)跟蹤、檢測、定位等有重要意義。
文檔編號H05B37/02GK102548156SQ20121004350
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者馮新星, 葉南, 張麗艷, 李鐵林, 楊博文 申請人:南京航空航天大學(xué)