一种基于CCD和图像识别技术实现跟线电眼纠偏的系统和实现方法

摘要

一种基于CCD和图像识别技术实现跟线电眼纠偏的系统和实现方法，包括十字线定位器、可控三基色背光源、CCD传感器、单片机、多模式信号变送器；运行监控器首先单片机控制CCD传感器和可控三基色背光源对卷料进行扫描，CCD传感器将感应到的光信号转换成数字信号，然后将数字信号传送到单片机进行处理，单片机处理后向多模式信号变送器输出标线的位移量，最后经多模式信号变送器向纠偏控制器传送纠偏信息，从而实现跟线电眼纠偏。

说明书

技术领域

本发明涉及一种印刷现场的行程纠偏系统和方法，特别是一种基于CCD和图像识别技术实现跟线电眼纠偏的系统和实现方法

背景技术

位移传感器俗称电眼，主要有对射跟边和反射跟线两种，其中对射式跟边电眼电路和信号简单，但安装时只能安装在卷料边缘，安装方式单一，受现场环境限制，定位精度受卷料边缘凸凹的缺口影响，分辨率不高；反射型跟线电眼始终跟踪卷料标准的印刷标线，安装方式灵活，跟踪精度很高，主要用于卷料图案印刷和卷料末端成品“收滚”。第一代反射式跟线电眼基于的是阴影区反射量的差分大小以模拟方式处理，其性能完全取决于光源与卷料背景的对比反差和光学系统准直性以及光电二极管的选型和配对，只能跟踪背景和标线对比强烈的卷料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于CCD和图像识别技术实现跟线电眼纠偏的系统，包括十字线定位器、可控三基色背光源、CCD传感器、单片机、多模式信号变送器、运行监控器，其中运行监控器监控CCD传感器、单片机、可控三基色背光源和十字定位器，单片机控制可控三基色背光源和十字定位器和处理CCD传感器的信息，十字线定位器是为标定电眼的安装位置而设，十字定位交叉点与要跟踪的标线几何中心重叠；可控三基色背光源用于照射卷料，供CCD传感器采样，CCD传感器输出的彩色亮度信息送至单片机进行处理，色彩数据通过单片机运算后提取出标线的位移量，经多模式信号变送器以通信、开关或者模拟的方式向纠偏控制器传送纠偏信息；运行监控器是一个带超时机制的可控电源，当系统失控时，它能对全系统关电、延时再重启，加强了系统的可靠性。

一种基于CCD和图像识别技术实现跟线电眼纠偏的实现方法，具体步骤为：首先单片机控制CCD传感器和可控三基色背光源对卷料进行扫描，CCD传感器将感应到的光信号转换成数字信号，然后将数字信号传送到单片机进行处理，单片机处理后向多模式信号变送器输出标线的位移量，最后经多模式信号变送器向纠偏控制器传送纠偏信息，从而实现跟线电眼纠偏。

优选的，所述单片机控制CCD传感器和可控三基色背光源对卷料进行扫描，具体步骤为：单片机首先控制可控三基色背光源对卷料进行三次照射，分别为红、绿、蓝三种颜色，然后通过CCD传感器感应卷料所反射的三色光。

优选的，所述CCD传感器将感应到的光信号转换成数字信号，是通过模数转换器芯片实现。

优选的，所述的将数字信号传送到单片机进行处理，具体步骤为：首先单片机接受模数转换器芯片传来的数字信号，然后将信号进行相应处理。

优选的，所述的多模式信号变送器向纠偏控制器传送纠偏信息的传送方式包括UART、RS232、RS485、SPI、开关模式或模拟方式。

本发明利用标准CCD线阵摄像头作感光器，以处理图像的方式进行数字化处理，通过可控三基色背光源照射采样卷料，可以在更复杂的卷料图案中提取出标线来，普适性更好。

附图说明

图1为系统结构的方框图。

图2为补偿运算示意图。

图3为单片机处理三色电平原理示意图。

图4是窗口滤波原理图。

图5为多模式信号变送器电路图。

图6运行监控器电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于CCD和图像识别技术实现跟线电眼的系统，包括十字线定位器、可控三基色背光源、CCD传感器、单片机、多模式信号变送器、运行监控器，其中运行监控器监控CCD传感器、单片机、可控三基色背光源和十字定位器，单片机控制可控三基色背光源和十字定位器和处理CCD传感器的信息，十字线定位器是为标定电眼的安装位置而设，十字定位交叉点与要跟踪的标线几何中心重叠；可控三基色背光源用于照射卷料，供CCD传感器采样，CCD传感器输出的彩色亮度信息送至单片机进行处理，色彩数据通过单片机运算后提取出标线的位移量，经多模式信号变送器以通信、开关或者模拟的方式向纠偏控制器传送纠偏信息；运行监控器是一个带超时机制的可控电源，当系统失控时，它能对全系统关电、延时再重启，加强了系统的可靠性。

一种基于CCD和图像识别技术实现跟线电眼纠偏的实现方法，具体步骤为：首先单片机控制CCD传感器和可控三基色背光源对卷料进行扫描，CCD传感器将感应到的光信号转换成数字信号，然后将数字信号传送到单片机进行处理，单片机处理后向多模式信号变送器输出标线的位移量，最后经多模式信号变送器向纠偏控制器传送纠偏信息，从而实现跟线电眼纠偏。

所述单片机控制CCD传感器和可控三基色背光源对卷料进行扫描，具体步骤为：根据CCD传感器对三基色的响应灵敏度不同，经过CCD传感器感应后，可以得到三基色的电平比值，其中红色电平比值最小，蓝色电平比值大小居中，绿色电平比值最大。如图2所示，所述的补偿运算具体为：由于CCD传感器中心接收的是直射光，两侧接收的是斜射光，由于光强不同，所以CCD传感器接收到的响应是一个“弓形”，这时需要对镜头所造成的不平衡进行补偿运算，补偿运算采用以高就低的方式进行。以高就低的算法为：取“弓形”响应两端数据为基准，将“弓形”中间的数据填充为两端的基准数据。原理是将CCD传感器接收到的中部数据向下压缩，使CCD接受到的响应曲线平直，以高就低的算法虽然间接降低了CCD传感器的灵敏度但运算简单，单片机容易处理。

所述的将数字信号传送到单片机进行处理，具体步骤为：首先单片机接受模数转换器芯片传来的数字信号，然后单片机计算将CCD传感器感应到的三色电平数据处理成单色亮度数据，然后如图3所示，对CCD传感器中的128个像素点亮度值取平均值Averge、最大值和最小值，此后取最大值与平均值的一半作为上限M，最小值与平均值的一半作下限S，用计算出来的上限M与下限S跟CCD传感器中的128个像素点亮度值做对比，如果超过上限M的值统一记为255，低于下限S的值统一记为0，居于上限M与下限S之间的值统一记为128形成三电平缺口；如图4所示，再对三电平缺口进行两次窗口滤波处理，窗口滤波首先去掉三电平缺口中大窗口外的缺口，再去掉三电平缺口中小窗口内的缺口，使宽度在1.5毫米到2毫米范围内的缺口被留下，其它的三电平则被填充为128，这样就提取出标线的数量和位移数据，最后设置处于CCD传感器中央的缺口为第一条标线然后运行整个系统，开始运行后单片机将输出位移数据，当输出0-126则表示标线在传感器中心的左侧，当输出130-255则表示标线在右侧，127-129为纠偏盲区，如果标线中点在这个区域就表示准了标线，此时输出数据全部为128。

如图5所示，所述的多模式信号变送器向纠偏控制器传送纠偏信息的传送方式，具体步骤为：多模式信号变送器由二输入四与非斯密特触发器74HC132、场效应管、比较器LM393和若干电阻电容组成,其中场效应管是为模拟方式接入滤波电容专设的，比较器LM393用于差分接收，输出端三根输出线可以在六种模式共用，多模式信号变送器的上电方式是异步串口模式。六种模式共用输出的实现方式：通信线连接输出端A+和A-是RS485模式；通信线接输出端A+和接地就是UART模式；通信线接输出端A-和接地就是RS232模式；将U/S控制线置低，从TXD输出时钟，从D0输出数据就是SPI模式；不进行数据发送，而只做高电平输入，就是开关模式；将模拟方式控制线M拉低，同时导通场效应管接入两只滤波电容就有TXD和D0分别输出差分脉宽作D/A转换，再经过RC滤波以后从输出端A-和A+输出就是互补差型模拟方式。

如图6所示，所述的运行监控器用于监控整个电路，是一种对开关电源芯片的变通运用，对整个系统而言该运行监控器是超时关断的电源总开关。当单片机正常运行时，运行监控器被单片机控制而处于休眠状态，一旦单片机程序出错运行监控器将被激活，在单片机失控160毫秒后，运行监控器会将整个电路断电，再延时160毫秒后运行监控器会重新上电重启整个电路。运行监控器由开关电源芯片KA3842和若干电阻电容组成，运行监控器上的5V电源用于单片机供电，开关电源芯片KA3842的过流反馈端改为过压保护器，当电路输入电压高于26V时将自动切断电源对全系统实施过压保护；开关电源芯片KA3842的电压反馈端通过电容耦合，接到单片机口线上，可实现快速启动，同时还能加快重启时间。当单片机正常运作时不断的用脉冲拉走定时电容C11上积累的电荷，开关电源芯片KA3842因为没有时钟触发只能持续对外供电实现供电自持，当单片机失控时失去脉冲不能刷新定时电容C11，在延时160mS后，KA3842恢复时钟控制，激活其控制器关闭总开关对失控下电，失控下电以后，C8上的电荷被释放掉，160mS电源将重启。

本发明利用标准CCD线阵摄像头作感光器，以处理图像的方式进行数字化处理，通过可控三基色背光源照射采样卷料，可以在更复杂的卷料图案中提取出标线来，比普通纠偏系统普适性更好。