基于虛擬儀器的目標自動跟蹤和瞄準實驗系統改造

王金鑒 殷紅 李方

摘要：本文介紹了一種基于虛擬儀器的目標自動跟蹤和瞄準實驗系統，對系統的功能、硬件配置和基于虛擬儀器的機器視覺的開發流程進行了講述。

關鍵詞：虛擬器 機器視覺 自動跟蹤

在進行測試和測量的實驗過程中經常需要采用一定的方法對運動目標的位置、軌跡等參數進行測量。原有的測量實驗系統采用示波器、線陣CCD等模塊構成，有著系統相對分散、系統的調節和使用不方便等因素。而隨著虛擬儀器技術的發展和數據采集系統的廣泛的應用，采用虛擬儀器和便攜式數據采集系統對原有運動目標的自動跟蹤與瞄準系統進行改造，可以獲得更好的教學實驗效果。

1.實驗系統簡介

實驗系統由攝像頭和運動平臺伺服控制系統及計算機組成；當目標光點移動時，攝像頭將拍攝的圖片送入虛擬儀器系統。同時兩伺服電機的位置信號也通過USB數據采集卡送入虛擬儀器，在虛擬儀器中通過圖像識別把移動目標的X軸和Y軸方向的位置信號和伺服電機的位置信號作比較計算，然后輸出偏差信號來控制伺服電機，實現對移動目標的自動跟蹤和瞄準。

2.實驗系統的硬件配置

本實驗系統由CCD攝像頭、伺服跟蹤系統1套、NI USB6008數據采集卡1塊、裝有虛擬儀器系統的PC機1臺、激光筆1支構成。系統的組成框圖如圖1所示。

圖1 目標自動跟蹤和瞄準實驗系統組成框圖

3.基于虛擬儀器的機器視覺處理

基于機器視覺的圖像處理系統包括：圖像灰度變換、圖像銳化處理、圖像二值化處理、圖像邊緣檢測、目標位置判斷等子系統構成。

對于數字圖像的銳化處理，采用式（1）的方式進行銳化。

式（1）

邊緣是圖像灰度變化比較劇烈的地方，在灰度變化大的地方進行微分將有利于更好的檢測邊緣，對于數字圖像的邊緣檢測部分，采用差分處理的方法進行邊緣增強與檢測。其算法如式（2）所示。

式（2）

機器視覺的處理采用NI公司的IMAQ Vision進行編程、開發。IMAQ Vision模塊中包括整套的MMX優化與處理。IMAQ Vision可以實現圖像處理（統計、濾波等功能）及色彩空間變換、斑點分析計算和測量等方面的功能。CCD采集的圖像的處理部分的程序框圖如圖2所示。

圖2 虛擬儀器進行圖像預處理的程序框圖

4.電機控制系統

當計算機獲取到移動目標的位置時，通過檢測高度控制電機和水平控制電機的位置，結合指示的目標位置進行差值計算，控制相應電機的動作。圖3為X軸電機控制程序框圖。

圖3 電機控制系統的程序框圖

5.結束語

基于虛擬儀器的目標自動跟蹤和瞄準實驗系統對原有實驗系統進行了改造，可以更好的完成目標的跟蹤，而且該系統具有組成結構簡單、性能可靠、模塊化設計利用維護與檢修、操作方便等特點。

由于采用了電子計算機和虛擬儀器的技術，該實驗系統人機界面更為友好，便于學生進行相關實驗、掌握相關的課程內容。

參考文獻

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