CN107132855A - 一种基于视频跟踪的悬垂控制器 - Google Patents

Abstract

一种基于视频跟踪的悬垂控制器，其特征在于它包括摄像头、FIFO模块和电子系统单元；其工作方法包括：系统初始化、按键触发检测、视频采集、存储并显示、图像处理、位置调整；其优越性在于：改变基于电磁波的悬垂器结构，使用视频跟踪技术，有较强的创新性；系统成本低、易操作、性能稳定，抗干扰能力强；通过视频跟踪实现电缆位置信息的采集，受外界环境影响较小，具有较高的精度和可靠性。

Description

一种基于视频跟踪的悬垂控制器

(一)技术领域：

本发明涉及视频跟踪和交联电缆生产领域，尤其是一种基于视频跟踪的悬垂控制器。

(二)背景技术：

基于视频跟踪的悬垂控制器是一种新型的用于交联电缆生产的辅助仪器。所述悬垂控制器的主要组成部分为一个摄像头，一个FIFO(First Input First Output——先进先出队列)模块和一个电子系统单元。

三层共挤干法交联电缆生产线在生产过程中需要对电缆在硫化管道内的位置进行控制，理想情况是让电缆在管道内的位置上下居中，但其前提条件是需要测得电缆在悬链点处硫化管道内的位置，悬垂控制器就是为此设计的一种测量及控制设备。

随着变频技术的广泛应用，模拟式悬垂控制器的现场干扰问题也越来越突出，甚至不能正常使用。现有的数字悬垂控制器一定程度上解决了现场干扰的问题，也简化了现场调试，然而，现有的数字悬垂控制器是采用电磁波测量电缆位置，易受外界环境影响。

现有数字悬垂控制器的工作原理：由正弦高频信号经电压放大和功率放大经由发射线圈发射，此高频正弦信号产生同频交变磁场，电缆穿过磁场时电缆中产生感应电动势，缆芯上流过高频电流产生高频磁场，该磁场穿过接收线圈的两个线圈，线圈切割磁感线，在线圈内产生一定频率的感应电动势，若电缆位于中心则两个线圈的感应电动势相等，反之，两个感应电动势不相等，现有的数字悬垂控制器以此来判断电缆位置，因此易受环境影响，性能不稳定。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于视频跟踪的悬垂控制器，它可以克服现有技术的不足，是一种结构简单、性能稳定、控制精度高、性价比好、抗干扰能力强、容易操作的通过视频跟踪技术实现的悬垂控制器。

本发明的技术方案：一种基于视频跟踪的悬垂控制器，其特征在于它包括摄像头、FIFO模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元与FIFO模块之间呈双向连接，所述FIFO模块与摄像头之间呈双向连接；所述电子系统单元与牵引系统之间呈双向连接。

所述电子系统单元由MCU(Micro Control Unit——微控制单元)模块、DAC(Digital to Analog Converter——数模转换器)模块、外部SRAM(Static Random AccessMemory——静态随机存储器)模块、开关模块、LCD(Liquid Crystal Display——液晶显示器)显示模块、时钟电路模块、电源电路模块及JTAG(Joint Test Action Group——联合测试工作组)接口电路模块构成；其中，所述MCU模块分别与FIFO模块和外部SRAM模块呈双向连接；所述MCU模块的输入端分别与开关模块、时钟电路模块、电源电路模块以及JTAG接口电路模块的输出端连接；所述MCU模块的输出端分别连接LCD显示模块的输入端和DAC模块的输入端；所述DAC模块与牵引系统呈双向连接；所述开关模块由按键I和按键II组成。

一种基于视频跟踪的悬垂控制器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①对电子系统单元进行初始化，主要包括时钟、按键和摄像头初始化及外部SRAM模块设置；

②系统上电后，若开关模块的按键I未被触发，则MCU模块将控制摄像头采集没有电缆进入管道内的视频信息并发送给LCD显示模块，实现该视频的实时采集和显示，但对该视频不进行存储；

③检测按键I是否被触发，若开关模块的按键I被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的视频图像，然后将采集到的视频数据存入SRAM模块中，方便后续视频图像的差分处理；

④MCU模块控制摄像头采集管道内的视频图像，并且通过LCD模块实现实时显示；

⑤检测按键II是否被触发，若开关模块的按键II未被触发，则等待；

⑥若开关模块的按键II被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，并对该视频图像进行差分处理，同时通过LCD显示模块实时显示；

⑦图像经过差分处理后，得到表示电缆在图像中位置的数字量，通过LCD显示模块实时显示，并将该数字量作为DAC模块的输入信号，经DA转换将得到模拟电压信号，输出给牵引系统，此时，牵引系统会根据接收到得实时信息对电缆位置进行调整，至此完成一次有效的位置调整；

⑧摄像头继续采集信息，重复步骤⑥。

本发明的工作原理：系统上电后，若开关模块的按键I被触发，则摄像头对管道内场景进行采集，作为背景图像，并将图像实时的在LCD显示屏模块显示出来，并等待若开关模块的按键II被触发；若开关模块的按键II被触发，则采集当前管道内场景，并在MCU中对当前采集的图像和背景图像做差分处理；或者对连续采集到的图像进行前后帧或前后三帧进行差分处理。图像差分处理后得到当前电缆的位置信息，由于该位置信息是数字信号，故采用DAC模块将表示电缆位置的数字信号转换为模拟电压信号，用该模拟电压信号驱动牵引设备以调整电缆在管道内的位置。

本发明的优越性在于：1、改变现有技术的基于电磁波的悬垂器结构，设计了基于视频跟踪技术的悬垂控制器的结构，具有较强的创新性，且可以为该领域的研究奠定坚实基础；2、系统成本低、易操作、性能稳定，抗干扰能力强；3、通过视频跟踪实现电缆位置信息的采集，受外界环境影响较小，具有较高的精度和可靠性。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种基于视频跟踪的悬垂控制器的结构框图。

图2为本发明所涉一种基于视频跟踪的悬垂控制器中电子系统单元的结构框图。

图3为本发明所涉一种基于视频跟踪的悬垂控制器的工作方法的主程序流程示意图。

图4为本发明所涉一种基于视频跟踪的悬垂控制器的工作方法中DAC模块工作程序流程示意图。

图5为本发明所涉一种基于视频跟踪的悬垂控制器的工作方法中视频采集示意图。

图6为本发明所涉第一种实施例中的长方体结构管道内的光源设置示意图。

图7为本发明所涉第二种实施例中的圆柱体结构管道内的光源设置示意图。

图8为本发明所涉第三种实施例中管道内的光源设置示意图。其中，1为摄像头。

(五)具体实施方式：

实施例1：一种基于视频跟踪的悬垂控制器(见图1)，其特征在于它包括摄像头、FIFO模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元与FIFO模块之间呈双向连接，所述FIFO模块与摄像头之间呈双向连接；所述电子系统单元与牵引系统之间呈双向连接。

所述电子系统单元(见图2)由MCU模块、DAC模块、外部SRAM模块、开关模块、LCD显示模块、时钟电路模块、电源电路模块及JTAG接口电路模块构成；其中，所述MCU模块分别与FIFO模块和外部SRAM模块呈双向连接；所述MCU模块的输入端分别与开关模块、时钟电路模块、电源电路模块以及JTAG接口电路模块的输出端连接；所述MCU模块的输出端分别连接LCD显示模块的输入端和DAC模块的输入端；所述DAC模块与牵引系统呈双向连接；所述开关模块由按键1和按键2组成。

本实施例中涉及的光源是图6中的长方体的结构，8个LED光源设置在长方体四个楞上，共8个顶点，摄像头设置在正中心位置(见图1)，通过设置光源使得摄像头所能拍摄到的区域内的光强均匀分布，以便更好的采集电缆的实时位置。

一种基于视频跟踪的悬垂控制器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①对电子系统单元进行初始化，主要包括时钟、按键和摄像头初始化及外部SRAM模块的设置；

②系统上电后，若开关模块的按键I未被触发，则MCU模块将控制摄像头采集没有电缆进入悬垂控制器的视频信息并发送给LCD显示模块，实现该视频的实时采集和显示，但对该视频不进行存储；

③若开关模块的按键1被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，然后将采集到的视频数据存入SRAM模块中，方便后续视频图像的差分处理；

④MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，并且通过LCD模块实现实时显示；

⑤若开关模块的按键II未被触发，则等待；

⑥若开关模块的按键II被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，并对该视频图像进行差分处理，同时通过LCD显示模块实现实时显示；

⑦图像经过差分处理后，得到表示电缆在图像中位置的数字信号，通过LCD显示模块实时显示，并将该数字信号作为DAC模块的输入信号，经DA转换将得到模拟电压信号，输出给牵引系统，此时，牵引系统会根据接收到得实时信息对电缆位置进行调整，至此完成一次有效的位置调整；(见图4)；

⑧摄像头继续采集信息，重复步骤⑥。

实施例2：一种基于视频跟踪的悬垂控制器(见图1)，其特征在于它包括摄像头、管道、FIFO模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元与FIFO模块之间呈双向连接，所述FIFO模块与摄像头之间呈双向连接；所述电子系统单元与牵引系统之间呈双向连接。

所述电子系统单元(见图2)由MCU模块、DAC模块、外部SRAM模块、开关模块、LCD显示模块、时钟电路模块、电源电路模块及JTAG接口电路模块构成；其中，所述MCU模块分别与FIFO模块和外部SRAM模块呈双向连接；所述MCU模块的输入端分别与开关模块、时钟电路模块、电源电路模块以及JTAG接口电路模块的输出端连接；所述MCU模块的输出端分别连接LCD显示模块的输入端和DAC模块的输入端；所述DAC模块与牵引系统呈双向连接；所述开关模块由按键1和按键2组成。

本实施例中涉及的光源是图7中的圆柱体结构的管道，8个LED光源均匀分布在圆柱体标明的8个位置处，摄像头设置在正中心位置(见图1)，通过设置光源使得摄像头所能拍摄到的区域内的光强均匀分布，以便更好的采集电缆的实时位置。

基于视频跟踪的悬垂控制器的工作方法，其特征在于，它包括以下步骤：

①对电子系统单元进行初始化，主要包括时钟、按键和摄像头初始化及外部SRAM模块设置；

②系统上电后，若开关模块的按键I未被触发，则MCU模块将控制摄像头采集没有电缆进入管道内的视频信息并发送给LCD显示屏模块，实现该视频的实时采集和显示，但对该视频不进行存储；

③若开关模块的按键I被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，然后将采集到的视频数据存入SRAM模块中，方便后续视频图像的差分处理；

④MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，并且通过LCD模块实现实时显示；

⑤若开关模块的按键II未被触发，则等待；

⑥若开关模块的按键II被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，并对该视频图像进行差分处理，同时通过LCD显示模块实现实时显示；

⑦图像经过差分处理后，得到表示电缆在图像中位置的数字信号，通过LCD显示模块实时显示，并将该数字信号作为DAC模块的输入信号，经DA转换将得到模拟电压信号，输出给牵引系统，此时，牵引系统会根据接收到得实时信息对电缆位置进行调整，至此完成一次有效的位置调整；(见图4)；

⑧摄像头继续采集信息，重复步骤⑥。

实施例3：一种基于视频跟踪的悬垂控制器(见图1)，其特征在于它包括摄像头、FIFO模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元与FIFO模块之间呈双向连接，所述FIFO模块与摄像头之间呈双向连接；所述电子系统单元与牵引系统之间呈双向连接。

所述电子系统单元(见图2)由MCU模块、DAC模块、外部SRAM模块、开关模块、LCD显示模块、时钟电路模块、电源电路模块及JTAG接口电路模块构成；其中，所述MCU模块分别与FIFO模块和外部SRAM模块呈双向连接；所述MCU模块的输入端分别与开关模块、时钟电路模块、电源电路模块以及JTAG接口电路模块的输出端连接；所述MCU模块的输出端分别连接LCD显示模块的输入端和DAC模块的输入端；所述DAC模块与牵引系统呈双向连接；所述开关模块由按键1和按键2组成。

本实施例中涉及的光源是图8中的结构，摄像头设置焦点位置，8个LED光源设置依次安装在与摄像头等高的位置处，摄像头及LED光源均朝向电缆方向，通过设置光源使得摄像头所能拍摄到的区域内的光强均匀分布，以便更好的采集电缆的实时位置。

基于视频跟踪的悬垂控制器的工作方法，其特征在于，它包括以下步骤：

①对电子系统单元进行初始化，主要包括时钟、按键和摄像头初始化及外部SRAM模块波特率的设置；

②系统上电后，若开关模块的按键I未被触发，则MCU模块将控制摄像头采集没有电缆进入管道内的视频信息并发送给LCD显示屏模块，实现该视频的实时采集和显示，但对该视频不进行存储；

③若开关模块的按键II被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，然后将采集到的视频数据存入SRAM模块中，方便后续视频图像的差分处理；

④MCU模块控制摄像头采集管道内的连续视频图像，并且通过LCD模块实现实时显示；

⑤若开关模块的按键II未被触发，则等待；

⑥若开关模块的按键II被触发，则MCU控制摄像头采集管道内的连续视频图像，并对该视频图像进行差分处理，同时通过LCD显示模块实现实时显示；

⑦图像经过差分处理后，得到表示电缆在图像中位置的数字信号，通过LCD显示模块实时显示，并将该数字信号作为DAC模块的输入信号，经DA转换将得到模拟电压信号，输出给牵引系统，此时，牵引系统会根据接收到得实时信息对电缆位置进行调整，至此完成一次有效的位置调整；(见图4)；

⑧摄像头继续采集信息，重复步骤⑥。

无论是实施例1、实施例2还是实施例3，都需要进行主程序设计，图3是本系统的主程序流程图：处理器接收指令之后会进行相应的初始化，然后通过开关模块的按键1是否触发来判断是否进行实时显示，当按键未被触发，摄像头完成视频数据的采集并通过LCD模块实时显示；当开关模块的按键1被按下，此时会采集当前视频数据存入外部SRAM，摄像头继续采集视频数据，当开关模块的按键2被按下，开始进行视频处理，处理完成后，得到处理后的数字信号，将其作为DA转换模块的输入送入DA转换模块，经DA转换后得到模拟量，并通过LCD模块显示。

对于图4，则示出了该系统DAC程序流程图：首先开启DAC时钟，使DAC处于可以工作的状态，然后进行DAC寄存器的配置，寄存器配置完成后，DAC模块便可以正常工作了。再对DA转换的输出端口PA4口的工作模式进行配置，使其为模拟输出模式，之后判断是否有数据输入，如果有数据输入，则调用数据转换子程序，将输入数据送入寄存器DAC_DHR12R1中进行转换，转换完成后返回主程序；如果没有数据输入，则直接返回主程序。

视频采集流程图见图5，摄像头模块的图像数据缓存就是由中断信号来启动的，直至再一次的帧同步信号到来之时，这时候，关掉上一次的图像数据缓存，到现在进行的状况为止，是1帧图像数据的缓存的完整过程。完成一个完整的一帧数据的存储过程之后，在接下来的摄像头数据刷新函数里面进行读取FIFO中缓存的1帧图像数据操作，最后再进行实时显示或者是存储以备后面的图像处理使用。与此同时，第2帧数据的采集及存储又开始了，以此类推，不断循环采集与读取显示，这样就是完全的视频采集的功能流程。

本发明所涉差分处理及图3中的差分处理既可采用背景差分法也可以采用帧间差分法。

Claims (3)

1.一种基于视频跟踪的悬垂控制器，其特征在于它包括摄像头、FIFO模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元与FIFO模块之间呈双向连接，所述FIFO模块与摄像头之间呈双向连接；所述电子系统单元与牵引系统之间呈双向连接。

2.根据权利要求1所述一种基于视频跟踪的悬垂控制器，其特征在于所述电子系统单元由MCU模块、DAC模块、外部SRAM模块、开关模块、LCD显示模块、时钟电路模块、电源电路模块及JTAG接口电路模块构成；其中，所述MCU模块分别与FIFO模块和外部SRAM模块呈双向连接；所述MCU模块的输入端分别与开关模块、时钟电路模块、电源电路模块以及JTAG接口电路模块的输出端连接；所述MCU模块的输出端分别连接LCD显示模块的输入端和DAC模块的输入端；所述DAC模块与牵引系统呈双向连接；所述开关模块由按键I和按键II组成。

3.一种基于视频跟踪的悬垂控制器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①对电子系统单元进行初始化，主要包括时钟、按键和摄像头初始化及外部SRAM模块设置；

②系统上电后，若开关模块的按键I未被触发，则MCU模块将控制摄像头采集没有电缆进入管道内的视频信息并发送给LCD显示模块，实现该视频的实时采集和显示，但对该视频不进行存储；

③检测按键I是否被触发，若开关模块的按键I被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的视频图像，然后将采集到的视频数据存入SRAM模块中，方便后续视频图像的差分处理；

④MCU模块控制摄像头采集管道内的视频图像，并且通过LCD模块实现实时显示；

⑤检测按键II是否被触发，若开关模块的按键II未被触发，则等待；

⑥若开关模块的按键II被触发，则MCU模块将控制摄像头采集管道内的连续视频图像，并对该视频图像进行差分处理，同时通过LCD显示模块实时显示；

⑦图像经过差分处理后，得到表示电缆在图像中位置的数字量，通过LCD显示模块实时显示，并将该数字量作为DAC模块的输入信号，经DA转换将得到模拟电压信号，输出给牵引系统，此时，牵引系统会根据接收到得实时信息对电缆位置进行调整，至此完成一次有效的位置调整；

⑧摄像头继续采集信息，重复步骤⑥。