激光光斑轨迹提取及显示装置与方法
【专利摘要】本发明公开了激光光斑轨迹提取及显示装置与方法，该装置包括图像处理器、ADC图像模数转换器、DAC图像数模转换器、显示器、CCD传感器、存储模块；由CCD传感器输出的模拟信号经ADC图像模数转换器转换为数字信号输送至图像处理器进行图像处理，经处理的图像由DAC图像数模转换器转换为PAL或NTSC标准制式的模拟电视信号，再由显示器输出；存储模块与图像处理器连接，用于增加图像处理器的存储空间。本发明的优点在于，使用方便，通过本装置及方法可以快速采集并显示激光光斑的轨迹，进而判断设备的激光扫描轨迹是否符合预定轨迹，本发明可大大提升激光加工和激光表演设备的调试和出厂工作验收效率。
【专利说明】激光光斑轨迹提取及显示装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光电领域，具体涉及激光光斑轨迹提取及显示。
【背景技术】
[0002] 随着激光技术的发展，激光扫描技术在制造领域的应用标志着一门跨学科、跨行 业的新型科学的诞生。振镜式激光扫描作为激光扫描技术的主要应用，以其高精度、高速度 等特点被广泛应用于激光打标、医学诊断、激光演示以及激光加工等领域。
[0003] 在激光加工设备或者激光表演设备的制作调试或出厂验收时，需要实时记录激光 打在工作台或者墙面上的激光光斑的轨迹，以判断设备的激光扫描轨迹是否符合预定轨 迹，同时也可在后台进行观察，这对激光加工和表演设备的调试和出厂工作状态验收具有 重要的意义。然而，目前市场上并无针对激光加工设备或者表演设备验收时适用的实时采 集、显示激光光斑运动轨迹的产品。
【发明内容】
[0004] 为克服上述问题，本发明提出了激光光斑轨迹提取及显示装置与方法。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] 激光光斑轨迹提取及显示装置，其特征在于，包括图像处理器、ADC图像模数转换 器、DAC图像数模转换器、显示器、CXD传感器、存储模块；由C⑶传感器输出的模拟信号 经ADC图像模数转换器转换为数字信号输送至图像处理器进行图像处理，经处理的图像由 DAC图像数模转换器转换为PAL或NTSC标准制式的模拟电视信号，再由显示器输出；存储 模块与图像处理器连接，用于增加图像处理器的存储空间。
[0007] 进一步，ADC图像模数转换器采用视频解码器SAA7115芯片，用于将C⑶传感器输 出的模拟信号转换为BT. 656格式的数字信号。
[0008] 进一步，DAC图像数模转换器采用视频编码芯片SAA7121，用于将图像处理器输出 的数字信号转换为PAL或NTSC标准制式的模拟电视信号。
[0009] 进一步，处理器采用TMS320DM642图像处理器。
[0010] 进一步，存储模块为外扩SRAM和FLASH芯片，用于增加图像处理器的存储空间。
[0011] 激光光斑轨迹提取及显示方法，其特征在于，包括：
[0012] 1)开辟两个色差信号Cr、Cb缓冲区以及亮度信号Y的捕获、显示和临时计算缓冲 区；捕获缓冲区用于接收存储一帧视频图像；临时计算缓冲区用于中间数据处理、临时计 算；显示缓冲区用于存储监视器显示的数据。
[0013] 2)采集光斑运动图像数据，经模数转换为BT. 656格式的数字信号，将当前帧的数 字信号的亮度信号Y放置在捕获缓冲区中；
[0014] 3)对视频图像进行滤波和阈值分割；
[0015] 4)判断是否存在光斑目标：对阈值分割后的二值化图像进行质心定位，如果存在 定位值，则说明当前帧光斑目标存在，否则，当前帧光斑目标不存在；
[0016] 5)质心送显示处理：将在临时缓冲区以光斑目标质心为中心的的3*3临域中的像 素点灰度值全部设置为255 (亮点）；
[0017] 6)将处理后的当前帧图像拷贝至显示缓冲区。
[0018] 本发明的优点在于，使用方便，通过本装置及方法可以快速采集并显示激光光斑 的轨迹，进而判断设备的激光扫描轨迹是否符合预定轨迹，本发明可大大提升激光加工和 激光表演设备的调试和出厂工作验收效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的结构示意图；
[0020] 图2是本发明的系统流程图。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
[0022] 如图1所示，基于TMS320DM642的激光光斑轨迹提取及显示装置，包括处理器、图 像模数转换器（ADC)、图像数模转换器（DAC)、显示器、CXD传感器、外扩SRAM和FLASH。
[0023] 处理器采用TMS320DM642图像处理器，主要负责光斑轨迹提取算法的实现以及轨 迹的实时显示。
[0024] 图像模数转换器（ADC)采用视频解码器SAA7115芯片，用于将CXD传感器输出的 模拟信号转换为BT. 656格式的数字信号。
[0025] 图像数模转换器（DAC)采用视频编码芯片SAA7121，用于将TMS320DM642输出的数 字信号转换为PAL或NTSC标准制式的模拟电视信号。
[0026] 显示器可采用普通IXD显示器，带AV视频输入接口，用于将实时提取的轨迹实时 显示出。
[0027] C⑶传感器为普通黑白线阵(XD，分辨率一般为752*586,用于采集光斑运动图像 数据。
[0028] 系统外扩SRAM和FLASH芯片，分别用于增加 TMS320DM642系统存储空间。
[0029] 系统工作原理如下：系统以TMS320DM642为核心，由C⑶摄像头采集的激光笔光斑 扫描的区域，经视频解码器SAA7115芯片转换为BT. 656格式的数字信号，送入DM642将进 行处理。一方面将处理后的视频图像写入输出帧缓冲FIFO中，控制视频编码芯片SAA7121 将其转换为PAL或NTSC标准制式的模拟电视信号输出。另一方面通过一定的算法处理，提 取出当前帧目标位置信息，并将其保存。经过上述操作，从CCD输入的视频图像每帧均计算 激光光斑位置，随着时间的持续及激光光斑位置的移动，从而在显示器上形成激光光斑运 动轨迹和运动速度。
[0030] 如图2所示，基于TMS320DM642的激光光斑轨迹提取及显示方法，包括以下步骤：
[0031] 第一步：系统上电初始化。
[0032] 第二步：开辟内存缓冲区
[0033] 在TMS320DM642内存区中开辟两个色差信号Cr和Cb以及亮度信号Y的捕获、显 示和临时计算缓冲区。其中捕获缓冲区主要用于接收CCD-帧视频图像（当满足条件，该 缓冲区数据自动更新）；而临时计算缓冲区主要用于中间数据处理，临时计算等；显示缓冲 区用于送监视器显示，其数据由硬件SAA7121视频解码输出芯片自动装载，并送显示器显 示。因此，使用时可直接对捕获缓冲区中的数据进行处理，然后将中间结果保存在临时缓冲 区中，最后将临时缓冲区中的数据覆盖于显示缓冲区，可以有效的节省存储空间。
[0034] 第三步：接收CCD视频图像，并将当前帧图像放置到捕获缓冲区中。
[0035] TMS320DM642开始接收CCD模拟视频图像，经过AD转换为BT. 656格式的数字信 号，TMS320DM642将当前帧的数字信号的亮度信号Y放置在捕获缓冲区中。
[0036] 第四部：视频图像预处理
[0037] 视频图像预处理包含两个小步骤，分别为图像滤波和阈值分割，分别如下：
[0038] (1)首先采用加权均值滤波算法做图像滤波处理，图像选取3X3的邻域，为避免 除法运算，滤波算法采用下式计算：
[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)为输入至滤波器的原始图像，g(x，y) 为处理后图像。
[0042] (2)采用自适应阈值分割算法来实现对图像的分割，算法的实现步骤如下：
[0043] 1)求出图像中最小和最大的灰度值Z1和Zk，令阈值初值T tl = (ZfZk)/2。
【权利要求】
1. 激光光斑轨迹提取及显示装置，其特征在于，包括图像处理器、ADC图像模数转换 器、DAC图像数模转换器、显示器、（XD传感器、存储模块；由C⑶传感器输出的模拟信号 经ADC图像模数转换器转换为数字信号输送至图像处理器进行图像处理，经处理的图像由 DAC图像数模转换器转换为PAL或NTSC标准制式的模拟电视信号，再由显示器输出；存储 模块与图像处理器连接，用于增加图像处理器的存储空间。
2. 根据权利要求1所述的激光光斑轨迹提取及显示装置，其特征在于，ADC图像模数转 换器采用视频解码器SAA7115芯片，用于将CCD传感器输出的模拟信号转换为BT. 656格式 的数字信号。
3. 根据权利要求1所述的激光光斑轨迹提取及显示装置，其特征在于，DAC图像数模转 换器采用视频编码芯片SAA7121，用于将图像处理器输出的数字信号转换为PAL或NTSC标 准制式的模拟电视信号。
4. 根据权利要求1所述的激光光斑轨迹提取及显示装置，其特征在于，处理器采用 TMS320DM642图像处理器。
5. 根据权利要求1所述的激光光斑轨迹提取及显示装置，其特征在于，存储模块为外 扩SRAM和FLASH芯片，用于增加图像处理器的存储空间。
6. 激光光斑轨迹提取及显示方法，其特征在于，包括： 1) 开辟两个色差信号Cr、Cb缓冲区以及亮度信号Y的捕获、显示和临时计算缓冲区； 捕获缓冲区用于接收存储一帧视频图像；临时计算缓冲区用于中间数据处理、临时计算； 显示缓冲区用于存储监视器显示的数据。 2) 采集光斑运动图像数据，经模数转换为BT. 656格式的数字信号，将当前帧的数字信 号的亮度信号Y放置在捕获缓冲区中； 3) 对视频图像进行滤波和阈值分割； 4) 判断是否存在光斑目标：对阈值分割后的二值化图像进行质心定位，如果存在定位 值，则说明当前帧光斑目标存在，否则，当前帧光斑目标不存在； 5) 质心送显示处理：将在临时缓冲区以光斑目标质心为中心的的3*3临域中的像素点 灰度值全部设置为255 (亮点）； 6) 将处理后的当前帧图像拷贝至显示缓冲区。
7. 根据权利要求6所述的激光光斑轨迹提取及显示方法，其特征在于，步骤3)中采用 加权均值滤波算法进行图像滤波处理，图像选取3X3的邻域，为避免除法运算，滤波算法 采用下式计算： 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)为输入至滤波器的原始图像，g(x，y)为 处理后图像。
8. 根据权利要求6所述的激光光斑轨迹提取及显示方法，其特征在于，步骤3)中阈值 分割算法的实现步骤如下： 1) 求出图像中最小和最大的灰度值&和Zk，令阈值初值I； = (Zi+Zj/2 ; 2) 根据阈值Tk将图像分割成目标和背景两部分，求出两部分的平均灰度值&和ZB:
式中f(i，j)是图像上（i，j)点的灰度值，N(i，j)是（i，j)点的权重系数； 3) 求出新的阈值Tk+1 = (ZQ+ZB)/2 ; 4) 如果Tk =Tk+1* |Tk_Tk+1|彡e(e为一较小的值），则结束，否则k-k+1，转到步 骤2重新计算； 5) 根据求得的阈值，对图像中的灰度值进行设置：当像素灰度值大于或等于阈值时， 将本像素灰度值设置为255 ;当像素灰度值小于阈值时，将本像素灰度值设置为0。
9.根据权利要求6所述的激光光斑轨迹提取及显示方法，其特征在于，步骤4)中对阈 值分割后的二值化图像进行质心定位，定位算法如下： 若目标区域为NXN，则质心的位置为：
其中Xi;j和yi;j分别为目标区域中像元（i，j)的横纵坐标，f(i，j)为像元（i，j)的灰 度值，T为像素阈值。
【文档编号】H04N7/18GK104410811SQ201410527501
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】肖永军, 丁幺明, 李纪平, 熊曾刚, 易青松, 黄永林, 马洪华 申请人:湖北工程学院