本发明专利技术公开了一种多路红外LED靶点自适应亮度控制系统及其控制方法，属于视觉测量领域。该系统包括上位机决策模块、通讯电路模块、光学靶点亮度控制电路模块，其中，光学靶点亮度控制电路模块由单片机控制单元、指示单元、多级电压切换单元、PWM发生器、推挽电路和红外LED组成。所述推挽电路由PNP型三极管和NPN型三极管构成。本发明专利技术可实现LED工作电流在几个毫安到几百毫安之间的动态调节，解决了大视野视觉测量中光学靶点的亮度控制问题，对于以红外发光LED为目标靶点的高精度视觉动态跟踪、检测、定位等有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多路红外LED靶点自适应亮度控制系统及其控制方法，属于视觉测量领域。
技术介绍
机器视觉测量技术由于具有快速、实时、灵活以及较高测量精度等优点，已越来越多地用于工业生产现场工件三维外形、基准特征空间坐标以及位置姿态的测量。相比被测物本身自然存在的点、线、面等特征，光学靶点容易提取，并且可以增加测量的距离，提高测量精度，所以使用安装在被测物上的光学靶点间接测量被测物的几何特征是一种行之有效的测量方式。光学靶点成像光斑中心精确定位是视觉测量技术的重要基础和关键环节。经过试验论证，使用红外LED(Light Emitting Diode)作为光学靶点，并对光学靶点成像光斑中心进行高斯曲面拟合定位能够获得较高精度的靶点中心图像坐标。但该图像定位方法的前提是成像光斑呈稳定可靠的高斯分布。大视野范围内的视觉测量一般涉及多个上述LED光学靶点，且动态分布在距离相机几米到十几米的范围内，为保证光学靶点在大视野范围内的成像光斑均能都符合高斯定位算法的要求并使得各处靶点成像光斑分布一致以提高中心定位的稳定性，需要根据靶点在空间中的不同分布位置对LED靶点亮度进行自适应控制。目前，面向普通照明领域的LED亮度控制报道较多，但面向普通照明的控制方法和控制系统完全不适用于高精度视觉测量对于红外LED靶点亮度调节范围和调节精度的要求。红外LED靶点亮度调节方式主要有两类一类是利用A/D转换芯片改变驱动电压的方式调节流过红外LED持续电流的大小，该方法线性度好，但由于直接通过改变电流来调节亮度，会使得LED发出光线的色温漂移，影响发光质量；更重要的是，对于常用红外LED允许通过的持续电流一般不允许超过100mA，在进行远距离测量时，以许用的最大持续电流也无法调节出满足要求的LED亮度；同时，通过改变电压调节电流的电路拓扑结构较难实现同时控制多个红外LED的要求。另一类是采用多路LED驱动芯片通过PWM (Pulse Width Modulation)方式调节流过红外LED的平均电流大小，使用PWM方式独立调节每一个红外 LED的发光亮度，该方式下红外LED的驱动电压恒定，所以LED导通时的电流是一个定值，采用高频的脉冲信号控制LED的导通和关断，通过脉冲脉宽调制的方法调节导通和关断时间的比例来实现平均电流大小调节，该方法的优点是可实现同时控制多路红外LED的发光亮度、调节精度高，但受芯片总功率的限制，各路LED调光范围受到很大限制。
技术实现思路
本专利技术提出了一种多路红外LED靶点亮度自适应控制系统及其控制方法，解决了大视野视觉测量中光学靶点的亮度自适应控制问题。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案一种多路红外LED靶点自适应亮度控制系统，由上位机决策模块、通讯电路模块、光学靶点亮度控制电路模块通过通讯接口顺序连接而成，其中，上位机决策模块是由工业CCD 相机、图像采集卡和计算机分析决策单元双向顺序连接而成；通讯电路模块由主通讯电路和副通讯电路组成，主通讯电路和副通讯电路通过无线信号连接；光学靶点亮度控制电路模块由单片机控制单元、指示单元、多级电压切换单元、PWM发生器、推挽电路和红外LED组成，单片机控制单元分别与指示单元、多级电压切换单元和PWM发生器连接，多级电压切换单元与η条推挽电路连接，PWM发生器也与η条推挽电路连接，η为自然数，且每条推挽电路都与红外LED顺序连接。所述通讯电路模块有两种通讯模式有线和无线。所述推挽电路由PNP型三极管和NPN型三极管构成。多路红外LED靶点自适应亮度控制系统的控制方法，包括如下步骤(1)以给定的初始值使光学靶点亮度控制电路模块和通讯电路模块处于工作状态，计算机分析决策单元对工业CCD相机采集到的图像进行分析，根据LED光斑过亮或过暗信息和中心定位精度结果决策出亮度调节参数，并将参数写入PWM发生器，调节各路输出PWM信号占空比，通过推挽电路作用到红外LED进行亮度控制后，进行下一次拍摄；(2)上位机决策模块通过通讯接口RS232将控制信息传送到主通讯电路，控制信息包括测量开启、单路靶点调光、硬件正常工作检测、错误报警、给上位机反馈处理信息，主通讯电路根据通讯模式的不同将信号转换有线模式下将信号转换为抗干扰能力强、传输距离远的RS485差分信号，通过通讯接口传送到单片机控制单元；无线模式下则将信号转换为无线载波，副通讯电路接收无线载波后转换为RS485差分信号，通过通讯接口传送到单片机控制单元；(3)单片机控制单元接收到控制信息后，对信息进行解析并执行相应的动作，若控制信息中有切换电压的决策命令，则单片机控制单元启动多级电压切换单元对“最大导通电流” 的大小进行切换；解析信息中包含的亮度调节参数，驱动PWM发生器按照上位机决策模块的要求，重新确定占空比大小的脉冲波形，并驱动推挽电路对各路红外LED的发光亮度进行独立自适应调节；(4)单片机控制单元在执行命令中或者执行完命令后，反馈给上位机决策模块命令执行信号，每一条控制信息执行后都要反馈执行信号给上位机决策模块，使其始终掌握光学靶点亮度控制电路模块的工作状态以及命令是否正确执行，测量命令反馈的执行信息同时是工业CXD相机进行图像采集的触发信号。所述的光学靶点亮度控制电路模块采用PWM技术提供PWM占空比信号，设计由PNP 型三极管和NPN型三极管构成的推挽电路作为红外LED的直接驱动，PWM信号通过推挽电路间接对LED靶点进行调光，在推挽电路输入端增加多级电压切换单元以改变通过LED的最大导通电流，从而改善LED亮度调节精度，提高调节范围，以单片机控制单元作为响应上位机决策模块，由单片机控制单元解析上位机决策模块的各种命令，并驱动光学靶点亮度控制电路模块执行决策命令。在上位机决策模块端，设计一组含有多个亮度等级的调节参数表，按调节亮度从小到大顺序将参数表设计成先密后疏的非均勻散列形式，以满足近距离调光精度和远距离调光范围的要求；计算机分析决策单元根据靶点定位分析结果得出的LED过亮或过暗信息，在调节参数表中采用二分搜索或惯性搜索等策略，决策出适合的调节参数，经由单片机控制单元发送给PWM发生器产生相应占空比的PWM，进行LED自适应调节，直至满足定位精度要求或者通知单片机控制单元的指示单元给出调节失效信号。上位机决策模块通过通讯电路模块给单片机控制单元发送控制命令，并触发单片机控制单元产生中断；单片机控制单元在中断程序中，按控制命令的传输协议，接收上位机决策模块发送过来的数据，并对数据进行校验；若数据满足协议要求，则根据命令的具体内容由单片机控制单元完成各项控制，包括测量开启、单路靶点调光、硬件正常工作检测、错误报警、给上位机决策模块反馈处理信息；在单片机控制单元完成一次控制操作后，对相关寄存器置位或清零，并等待下一次的上位机决策模块的决策信息。本专利技术的有益效果如下本专利技术可实现LED工作电流在几毫安到几百毫安间的调节，并可保证近距离测量下的 LED调节精度和远距离测量下的LED调节范围均满足要求，很好地解决了大视野视觉测量中光学靶点的亮度自适应控制问题。本专利技术对于以红外发光LED为目标靶点的高精度视觉动态跟踪、检测、定位等有重要意义。附图说明图1是多路红外LED靶点自适应亮度控制系统组成结构图。图2是推挽电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶南，李铁林，杨博文，冯新星，张丽艳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。