采用視頻的無(wú)線(xiàn)激光定位設備的設計

　　隨著(zhù)CCD(Charge Coupled Device)越來(lái)越廣泛地被應用到工業(yè)、軍事、民用行業(yè)。采用CCD攝像頭作為裝置的前端圖像傳感器并結合其他硬件電路對被測圖像信息進(jìn)行快速采樣、傳輸及數據處理的應用系統正日益受到人們的關(guān)注。本文所介紹的是一種帶有CCD攝像器件的視頻信號處理裝置，主要用于投影屏幕上目標點(diǎn)的坐標測量和光標定位。

　　1．系統總體設計方案

　　系統總體設計如圖1所示，激光筆發(fā)射到被測畫(huà)面的光點(diǎn)被CCD攝像器件接收，CCD攝像器件輸出視頻信號給同步分離電路和整形電路。利用同步分離電路后，可從視頻信號中得到行同步信號和場(chǎng)同步信號和奇偶信號，行同步和場(chǎng)同步信號被送到計數電路。視頻信號經(jīng)過(guò)整形電路后得到光信號，光信號也被送往計數電路，計數電路處理后輸出光點(diǎn)的二維位置信息，此信息經(jīng)單片機處理后由串口傳輸到計算機，計算機通過(guò)軟件編程實(shí)現光標的定位并模擬鼠標的單雙擊功能。

　　           圖1 電路總體結構圖

　　2.系統硬件電路設計

　　2.1整形電路

　　如圖2所示，CCD攝像器件1輸出的視頻信號被直接傳送到運算放大器4放大，運算放大器4輸出的信號一路作為電壓比較器7的一個(gè)輸入，另一路被送到最大值保持電路5，最大值保持電路5主要包括電壓跟隨器5、電容C1、穩壓管Dz1 三個(gè)器件，當有信號從電壓跟隨器5A連續輸出時(shí)，由于二極管D1的存在，電容C1不斷充電，電壓不斷增加，直到信號的最大值到來(lái)，這時(shí)C1的電壓也增加到最大值，之后再有信號到來(lái)時(shí)由于其電壓達不到加在電容兩端的電壓，因而電容不再充電，電壓保持不變。當圖中所示的場(chǎng)同步信號到來(lái)時(shí)，穩壓管Dz1反相導通，電容才迅速放電，再有信號從電壓跟隨器5A 輸出，電容又開(kāi)始重新充電。通過(guò)這種設計，便可以從每場(chǎng)視頻信號中提取出最強的信號，并將這個(gè)值通過(guò)電壓跟隨器6輸出到電壓比較器7的另一個(gè)輸入端，電壓比較器7輸出的信號即為從視頻信號中提取出的光信號，并且該光信號存在這樣的特點(diǎn)：對于每一場(chǎng)視頻信號而言，只有當當前信號值大于以往信號值時(shí)，光信號輸出為高電平，否則輸出為低電平。視頻信號最大值過(guò)后，光信號輸出時(shí)刻保持在低電平。在圖2中，電壓跟隨器6相當于一個(gè)高輸入阻抗元件，可以防止電容C1放電過(guò)快。電源VCC提供一個(gè)鉗位電壓。

　                       　圖2 整形電路詳細原理圖

　　2.2同步分離電路

　　視頻信號是反映圖像內容的電視信號, 它的電壓高低表示圖像像素的明暗程度。由于圖像是隨機性的, 因此視頻信號電平也在一定范圍內隨機起伏。視頻信號是在電子掃描作用下, 由攝像頭將明暗不同的景象轉換為相應的電信號, 然后經(jīng)信號通道傳送出去。目前在傳送視頻信號時(shí)，是把影像信號，消隱信號和復合同步信號三者按一定比例結合在一起發(fā)送的。我國采用的電視信號是隔行掃描（PAL）制式（黑白為CCIR）,行頻為15625Hz,行同步脈寬為4.7μs；場(chǎng)頻為50 Hz,場(chǎng)同步脈寬為160μs[1]。

　　準確分離視頻信號對系統的成功至關(guān)重要，在該系統中視頻信號同步分離可以選用芯片LM1881來(lái)實(shí)現，輸入為滿(mǎn)足CCIR標準的視頻信號，輸出有復合同步信號、場(chǎng)同步信號、奇偶場(chǎng)標志信號。其中，復合同步信號中包含了周期為64μs的行同步信號和場(chǎng)回掃期間的周期為32μs的場(chǎng)均衡信號、場(chǎng)同步信號[2]。

　　2.3計數電路

　　2.3.1光信號行計數

　　選擇20MHz的晶振作為行計數器的計數時(shí)鐘脈沖輸入，計數器的時(shí)鐘頻率實(shí)際上決定了視頻信號每一行的采樣點(diǎn)的數量，即每行水平的數字分辨率。行周期64μs,頻率15625Hz，每行的采樣點(diǎn)為20M/15625=1280，除去行消隱和行同步的時(shí)間，每行的有效采樣點(diǎn)可達1000點(diǎn)以上。為了保證計數器不會(huì )溢出，需用二進(jìn)制地址10位，因此我們選擇采用12位計數器。由光信號和場(chǎng)同步脈沖通過(guò)與非門(mén)接到計數器的清零引腳，由20MHz時(shí)鐘信號和行同步脈沖通過(guò)與非門(mén)接到計數器時(shí)鐘脈沖輸入引腳。當光信號到來(lái)時(shí)計數器開(kāi)始計數，下一行同步脈沖到來(lái)時(shí)，會(huì )停止計數，同時(shí)觸發(fā)鎖存器，存儲計數器中的數值，至此就獲得了光點(diǎn)的行坐標。下一場(chǎng)同步脈沖到來(lái)時(shí)，會(huì )將計數器清零，開(kāi)始新一行的點(diǎn)坐標測量[3]。圖4是實(shí)現行計數的波形示意圖。

　　                             圖3 行計數的波形示意圖

　　2.3.2 光信號場(chǎng)計數

　　場(chǎng)計數的工作原理與行計數類(lèi)似，只是計數器時(shí)鐘脈沖輸入改為行同步脈沖。光信號到來(lái)時(shí)開(kāi)始計數，當場(chǎng)同步脈沖到來(lái)時(shí)停止計數，觸發(fā)鎖存器，存儲計數器中的數值，至此就獲得了光點(diǎn)的場(chǎng)坐標。同時(shí)場(chǎng)同步脈沖會(huì )將計數器清零，開(kāi)始新一場(chǎng)的點(diǎn)坐標測量。