CN100562105C

CN100562105C - 钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置

Info

Publication number: CN100562105C
Application number: CNB2006101188013A
Authority: CN
Inventors: 方志宏; 夏勇; 葛培兴
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: CN101193278A

Abstract

本发明涉及图像增强处理中的电子抗干扰装置，尤其涉及钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置。一种钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，采用隔离输入电路，将从视频输入线传入的干扰信号的地线回路断开，使干扰信号不能建立；采用带全方位滤波和保护的电路，消除通过电源线进入装置的干扰信号；从信号线、电源线、地线切断外部干扰信号窜入到正常的图像信号频率上叠加所产生的干扰图像；对于内部视频信号零点的变化，采用由精密比较器控制的主动零点调整电路，消除视频信号零点的不确定性，保持视频信号的精确稳定，从而提高图像的质量，达到在生产中出现干扰时能平稳使用图像监视增强处理的功能。

Description

钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置

(一)技术领域

本发明涉及图像增强处理中的电子抗干扰装置，尤其涉及钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置。

(二)背景技术

在钢铁企业的生产现场，一条生产线中安装有承担各种功能的电子与大型电器设备，它们相互配合协同工作完成钢铁生产加工过程，在协同工作时设备的频繁启动与停止，相互之间会产生不利于设备正常工作的电磁干扰现象，严重时影响生产与安全。如钢铁企业现场常常使用有：大型变频调速电机、重型整流子电机、以及容量较大的电感和电容的充放电过程，等等。它们或多或少都会产生不同程度的干扰波，这些外部干扰信号通过装置的信号线、电源线、地线以及空间辐射等方式，传播到图像电子装置的内部，直接影响图像的观察效果。如：钢管回火炉炉内监视图像，在发生干扰时从图像观察中可发现，主要是随机信号干扰。这主要是周围有特定的电机频繁启动与停止等间歇工作，以完成传递与运送加热钢管毛坯，监视的图像表现为雪花干扰，监视器屏幕上除正常图像外，还会叠加上干扰的雪花状的斑点，严重时妨碍图像监视功能。

现有的钢管回火炉炉内监视采用普通的图像增强处理装置，如图1所示，其抗干扰能力差，在通过图像增强放大处理后干扰信号也一起同步放大，看上去干扰现象更加明显严重，严重影响了炉内图像监视的功能。钢管回火炉炉内图像增强处理装置的干扰信号包括：来自电源电路13的干扰信号通过稳压电源模块U3直接进入了电子处理系统的内部；来自控制系统的干扰信号也常常通过接口电路14的芯片U4，以及接口电路的地线直接进入到系统的内部，造成系统多处可能发生随机干扰信号；同时装置在处理时必须有稳定可靠的零点调整电路12，通常使用二极管做为零点调整电路的基本元器件，对二极管D1的要求很高，但其精度比较低，很容易受到温度、电压等不利因素的冲击与影响，使系统不稳定，图像也出现类似干扰的现象；还有图像信号输入电路11的隔离效果较差，使干扰信号也进入到输入电路。

传统的图像干扰隔离模块15，如图2所示，能够解决地线回路的部分串扰问题，但还会造成图像处理装置的输出信号上有各种干扰。如果采用简单的变压器隔离，由于普通的可用于隔离耦合信号变压器或者工作在低频段，或者工作在高频段，单个使用不能通过完整的图像信号频率，因此也不能简单用来进行图像信号的直接隔离使用。现有技术用变压器隔离的原理图如图3所示，是一种传统的地电位隔离传输图像信号方法。图中VG为地电位差，VS为视频信号源，R_L为末端负载。这种抑制地电位干扰信号的方法是把电缆的屏蔽层接入视频隔离变压器的初级，即图中变压器的下半绕组，电缆芯线接入视频隔离变压器的次级，即图中变压器的上半绕组，变压器的初级和次极绕组的圈数相等而绕向相反，即两个绕组采用双线并绕方法制作。这样当干扰电流流过变压器的初级时，就可以在变压器的次级产生一个与干扰信号VG极性相同大小相等的电压，这个电压正好抵消掉视频传输回路中原先窜入的干扰信号VG，因而干扰信号不会在负载两端产生压降，同时为减小电磁波干扰，视频信号经放大器放大后实施高电平传输，放大器增益根据电缆传输距离可调整。变压器方式的隔离传输器也有不带放大器，结构简单，就一只高频变压器，是无源设备。它对频率较低的地电位差干扰信号，有一定的抑制效果；但对频率较高的电磁场干扰信号没有效果。

(三)发明内容

本发明的目的是针对上述在钢管回火炉炉内图像进行增强处理中，窜入的干扰信号也被同步放大的缺陷，提供一种钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，该装置用于消除图像增强处理后干扰信号也同步放大的不良效果，提高图像增强处理的电路稳定性，提高图像的质量；该装置采用分立元件，模拟电路简单实用、且稳定可靠。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，包括输入电路、视频驱动电路、零点调整电路、视频信号功能电路、控制器、输出电路及接口、接口电路、电源电路，视频信号经输入电路后接视频驱动电路，再经零点调整电路后接入视频信号功能电路，视频信号功能电路接控制器和接输出电路及接口，控制器经接口电路与外部电气相连接，电源电路提供电源，其特征是：

所述输入电路包括高频变压器T1、低频变压器T2，电容C1、C3、C4、C5、C14、电感L3、L4，视频信号输入分接电容C14和电感L3，电容C14和电感L3另一端分别接高频变压器T1初级线圈两端，电感L3另一端再分接低频变压器T2初级线圈一端和电容C4，电容C4另一端接地，低频变压器T2初级线圈另一端接电感L4后接地；高频变压器T1次级端另一端串接低频变压器T2次级端另一端，低频变压器T2次级端两端接电容C5后一端接地，高频变压器T1次级端一端接两个并联的电容C3、C1的一端后再串接电阻R1后接地，并联电容C3、C1的另一端接视频驱动电路。

所述零点调整电路包括电阻R12、R17、R24、R34、电容C6、二极管D1和比较器U1A，比较器U1A的基准信号由电阻R17、R24分压得到，并输入比较器U1A输入端的正极，视频信号VP输入比较器U1A输入端的负极，比较器U1A接电源VCC，电源VCC经电容C6后接地，比较器U1A输出接二极管D1正极，电阻R12、二极管D1、电阻R34串联，电阻R12接电源VCC，电阻R34接电压，比较器U1A输入端的负极接二极管D1负极，从二极管D1负极输出视频信号至视频信号功能电路。

所述电源电路包括连接器J2、电感L1、L2、二极管D2、D3、D4、D5、保险丝F1、瞬态抑制二极管D6、电容C2、C7、C8、C13、隔离电源模块U2、稳压模块U3，连接器J2引出二根线分别接电感L1、L2，电感L1、L2另一端接由二极管D2、D3、D4、D5构成的全桥整流电路两端，整流电路输出接由保险丝F1和瞬变抑制二极管D6构成的过压保护电路，隔离电源模块U2两侧接有电容C2、C8和C13起滤波作用，隔离电源模块U2输出再接稳压模块U3，稳压模块U3输出端接滤波电容C7。

所述接口电路包括连接件J3、转换芯片U4、隔离电源模块U5、光耦O1、O2、电阻R2、R3、电容C9、C10、C11、C12，隔离电源模块U5为接口电路提供工作电源，光耦O1、O2将通讯信号的电气隔离开，R2与R3外部起上拉作用，转换芯片U4及电容C9、C10、C11、C12构成电平转换电路，将外部标准的RS232信号转换成内部标准的TTL电平。

本发明针对干扰信号从内部和外部的传输途径，分别采取相应对策，将干扰抑制掉。对于从视频输入线传入的干扰，采用隔离输入电路，将外界干扰信号的地线回路断开，使干扰信号不能建立；对于通过电源线进入装置的干扰信号，采用带全方位滤波和保护的电路予以消除；从信号线、电源线、地线各个方面切断外部干扰信号窜入到正常的图像信号频率上叠加所产生的干扰图像。对于内部视频信号零点的变化，采用由精密比较器控制的主动零点调整电路，消除视频信号零点的不确定性，保持视频信号的精确稳定。

本发明的电子抗干扰装置能够有效切断外部干扰信号的窜入，同时减少内部电子增强电路的干扰情况，从而提高图像的质量，达到了在生产中出现干扰时能平稳使用图像监视增强处理的功能。

本发明采用分立元件，模拟电路简单实用，针对性强，不会因加入新的电路模块造成新的干扰与不稳定的电子增强情况出现。同时装置可靠稳定，适用于工业现场的特别恶劣环境，高灰尘、高温、强磁场干扰等环境。

(四)附图说明

图1为现有的无抗干扰措施的图像处理装置电路图；

图2为传统抗干扰隔离模块原理图；

图3为传统抗干扰单个高频变压器隔离模块原理图；

图4为本发明图像增强处理中的电子抗干扰装置电路图；

图5为本发明的隔离输入变压器及电路的传输特性；

图6为零点调整电路时序图。

图中：1隔离输入电路，2视频驱动电路，3零点调整电路，4视频信号功能电路，5控制器，6输出电路及接口，7电源电路，8接口电路；11现有的输入电路，12现有的零点调整电路，13现有的电源电路，14现有的接口电路，15图像干扰隔离模块。

(五)具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

参见图4，一种钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，包括输入电路1、视频驱动电路2、零点调整电路3、视频信号功能电路4、控制器5、输出电路及接口6、接口电路8、电源电路7。视频信号经输入电路1后接视频驱动电路2，再经零点调整电路3后接入视频信号功能电路4，视频信号功能电路4接控制器5和接输出电路及接口6，控制器5经接口电路8与外部电气相连接，电源电路7提供电源。

参见图4，所述输入电路1为多频段隔离输入电路，包括高频变压器T1、低频变压器T2，电容C1、C3、C4、C5、C14、电感L3、L4和电阻R1，视频信号输入分接电容C14和电感L3，电容C14和电感L3另一端分别接高频变压器T1初级线圈两端，电感L3另一端再分接低频变压器T2初级线圈一端和电容C4，电容C4另一端接地，低频变压器T2初级线圈另一端接电感L4后接地；高频变压器T1次级端另一端串接低频变压器T2次级端另一端，低频变压器T2次级端两端接电容C5后一端接地，高频变压器T1次级端一端接两个并联的电容C3、C1的一端后再串接电阻R1后接地，并联电容C3、C1的另一端接视频驱动电路2。

变压器T1/T2可以将输入视频信号的地回路与图像处理系统的地回路完全阻断，无论高频还是低频共模干扰信号都无法从外部传送到图像处理装置中，从而达到消除地线干扰的目的。

高频变压器T1，高频变压器T1系采用优质高频铁氧体材料为磁心的电源转换功率器件，具有效率高、体积小、稳压范围宽、电隔离性能好等特点，可以通过视频信号中的高频分量，对于低频分量，由于高频磁心能够通过的磁通量比较低，造成磁饱现象，使通过高频变压器T1的低频分量很少，转换效率很低。而低频变压器T2，可以通过视频信号中的低频分量。通常采用硅钢制作的磁心，它的磁通量可以很大，但是高频特性不好，容易造成比较大的铁损，使通过低频变压器T2的高频分量很少，效率比较低。

电容C4、C5和C14在高频时阻抗比较小，可以旁路低频变压器T2的高频分量，电感L3、L4在高频时阻抗比较大，阻止信号通过低频变压器从而分配通过T1和T2的图像信号的频带。高频信号可以通过C4、C5和C14，分配到高频变压器T1上，而低频变压器T2被C4和C5旁路，就没有高频分量信号通过，这样就避免高频视频信号在传输过程中被低频变压器T2畸变。对低频信号，高频变压器T1的电抗很小，同时电容C14起阻断作用，其主要信号将落在低频变压器T2上，并通过低频变压器T2传输到系统中。

该电路的频率特性如图5所示，虽然高频变压器T1在低频段的效率很低，低频变压器T2在高频段的效率也很低，但是总电路的效率却始终很高。所以采用该电路能够将视频信号的全部有效分量无损地从CCD相机传输到信号处理装置中，同时实现视频信号地线的隔离功能。

参见图4，所述零点调整电路3包括电阻R12、R17、R24、R34、电容C6、二极管D1和比较器U1A，该电路可以将传输过程中发生零点变形的图像信号重新进行矫正，消除内部干扰。比较器U1A的基准信号由电阻R17、R24分压，得到标准零点信号V_Black，并输入比较器U1A输入端正极，视频信号VP输入比较器U1A输入端的负极，比较器U1A接电源VCC，电源VCC经电容C6后接地，比较器U1A输出接二极管D1正极，电阻R12、二极管D1、电阻R34串联，电阻R12接电源VCC，电阻R34接2V电压，比较器U1A输入端的负极接二极管D1负极，从二极管D1负极输出视频信号至视频信号功能电路4。

比较器U1A对视频信号VP和基准信号V_Black进行比较，当VP低于V_Black时，比较器U1A输出Vc为高电平，此时二极管D1导通，R12对VP信号进行充电，使VP信号抬高。当视频信号VP高于基准信号V_Black时，比较器U1A输出Vc为低电平，此时二极管D1断开，R34对VP信号进行轻微下拉，使VP信号不至于长时间过高。当VP信号的同步信号与V_Black相同时，上拉与下拉的过程保持平衡，如图6所示。

电路的工作特性如图5所示，整个电路的误差只与比较器U1A的偏置电压有关，与二极管D1的导通特性、频率特性无关，也不受负载特性和电压基准负载能力的影响。所以这种电路可以使视频信号VP保持良好的零点稳定性。

参见图4，所述电源电路7包括连接器J2、电感L1、L2、二极管D2、D3、D4、D5、保险丝F1、瞬态抑制二极管D6、电容C2、C7、C8、C13、隔离电源模块U2、稳压模块U3。连接器J2引出二根线分别接电感L1、L2，电感L1、L2另一端接由二极管D2、D3、D4、D5构成的全桥整流电路两端，整流电路输出接由保险丝F1和瞬变抑制二极管D6构成的过压保护电路，隔离电源模块U2两侧接有电容C2、C8和C13起滤波作用，隔离电源模块U2输出再接稳压模块U3，稳压模块U3输出端接滤波电容C7。

电感L1、L2起到输入滤波作用，将交流干扰信号滤掉。一般的滤波电路只过滤电源线上的差模交流干扰，对于地线上的共模交流干扰不过滤。结果来自地线的交流干扰，特别是高频干扰通过电源调整电路，包括隔离模块中的输入-输出之间的杂散电容，传输到装置功能电路中。本发明中，电感L1过滤电源线上的干扰信号，电感L2过滤电源地线上的干扰信号，只有直流电源能够进入系统。

二极管D2、D3、D4、D5构成全桥整流电路可以将反向接入的电源转变过来，避免用户错误安装带来的损害。

自复位保险丝F1和瞬变抑制二极管D6构成了过压保护电路。当输入电压过高时，二极管D6反相导通，同时通过保险丝F1的电流过载，使保险丝F1关断从而保护后续电路。

电容C2、C8、C13、C7起到滤波消除纹波的作用。

电源隔离模块U2，本实施例中采用的型号是HDN5 24D12，可以将外界输入电源转换成系统工作电源，并且将两者之间的电气连接隔离开，将直流和低频共地干扰完全消除。虽然由于输入地与系统地之间有杂散电容，形成高频干扰回路，但是高频共地干扰已经由电感L1和L2消除，这样就完全消除了共地干扰。

稳压模块U3为标准三端稳压器，如LM7806，可以产生将隔离后的电源进一步稳压，使提供给系统的电源更加稳定可靠。

上述电源电路能够将各种干扰完全消除掉。

参见图4，所述接口电路8为RS232串行接口电路，包括连接件J3、RS232转换芯片U4、隔离电源模块U5、光耦O1、O2、电阻R2、R3、电容C9、C10、C11、C12，该接口电路8可以将接口与内部的电气隔离开，使外部干扰冲击信号无法进入到系统内部。

隔离电源模块U5，本实施例中采用型号为A2405S-1W，为接口电路8提供工作电源，同时将接口电路8电源与供电电路的电气完全隔离开；光耦O1、O2将通讯信号的电气隔离开，R2与R3外部起上拉作用。转换芯片U4及电容C9、C10、C11、C12构成电平转换电路，将外部标准的RS232信号转换成内部标准的TTL电平。

经现场实际使用本发明的电子抗干扰装置，在增强回火炉内图像的同时，全方位地抵抗各种干扰，较好地解决钢管回火炉炉内工业监控系统中的不足之处，克服原来图像增强时将干扰信号一并放大，干扰时有大量的雪花干扰从而严重影响炉内图像的监视观察的使用效果，提高了监控图像的质量，使用效果显著。

Claims

1.一种钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，包括输入电路、视频驱动电路、零点调整电路、视频信号功能电路、控制器、输出电路及接口、接口电路、电源电路，视频信号经输入电路后接视频驱动电路，再经零点调整电路后接入视频信号功能电路，视频信号功能电路接控制器和接输出电路及接口，控制器经接口电路与外部电气相连接，电源电路提供电源，

其特征是：

所述输入电路包括高频变压器T1、低频变压器T2，电容C1、C3、C4、C5、C14、电感L3、L4和电阻R1，视频信号输入分接电容C14和电感L3，电容C14和电感L3另一端分别接高频变压器T1初级线圈两端，电感L3另一端再分接低频变压器T2初级线圈一端和电容C4，电容C4另一端接地，低频变压器T2初级线圈另一端接电感L4后接地；高频变压器T1次级端另一端串接低频变压器T2次级端另一端，低频变压器T2次级端两端接电容C5后一端接地，高频变压器T1次级端一端接两个并联的电容C3、C1的一端后再串接电阻R1后接地，并联电容C3、C1的另一端接视频驱动电路。

2.根据权利要求1所述的钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，其特征是：所述零点调整电路包括电阻R12、R17、R24、R34、电容C6、二极管D1和比较器U1A，比较器U1A的基准信号由电阻R17、R24分压得到，并输入比较器U1A输入端的正极，视频信号VP输入比较器U1A输入端的负极，比较器U1A接电源VCC，电源VCC经电容C6后接地，比较器U1A输出接二极管D1正极，电阻R12、二极管D1、电阻R34串联，电阻R12接电源VCC，电阻R34接2V电压，比较器U1A输入端的负极接二极管D1负极，从二极管D1负极输出视频信号至视频信号功能电路。

3.根据权利要求1或2所述的钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，其特征是：所述电源电路包括连接器J2、电感L1、L2、二极管D2、D3、D4、D5、保险丝F1、瞬态抑制二极管D6、电容C2、C7、C8、C13、隔离电源模块U2、稳压模块U3，连接器J2引出二根线分别接电感L1、L2，电感L1、L2另一端接由二极管D2、D3、D4、D5构成的全桥整流电路两端，整流电路输出接由保险丝F1和瞬变抑制二极管D6构成的过压保护电路，隔离电源模块U2两侧接有电容C2、C8和C13起滤波作用，隔离电源模块U2输出再接稳压模块U3，稳压模块U3输出端接滤波电容C7。

4.根据权利要求1或2所述的钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，其特征是：所述接口电路包括连接件J3、RS232串行口转换芯片U4、隔离电源模块U5、光耦O1、O2、电阻R2、R3、电容C9、C10、C11、C12，隔离电源模块U5为接口电路提供工作电源，光耦O1、O2将通讯信号的电气隔离开，R2与R3外部起上拉作用，RS232串行口转换芯片U4及电容C9、C10、C11、C12构成电平转换电路，将外部标准的RS232信号转换成内部标准的TTL电平。

5.根据权利要求3所述的钢管回火炉炉内图像增强处理中的电子抗干扰装置，其特征是：所述接口电路包括连接件J3、RS232串行口转换芯片U4、隔离电源模块U5、光耦O1、O2、电阻R2、R3、电容C9、C10、C11、C12，隔离电源模块U5为接口电路提供工作电源，光耦O1、O2将通讯信号的电气隔离开，R2与R3外部起上拉作用，RS232串行口转换芯片U4及电容C9、C10、C11、C12构成电平转换电路，将外部标准的RS232信号转换成内部标准的TTL电平。