采用视频方式的点坐标测量方法

    关键词：点坐标 视频 CPLD

测量一幅画面中某点的坐标，大多采用人工方法。但在有些工作条件下，这种方法给工作人员带来不便。本文介绍一种自动测量点坐标的实现方案。

1 系统总体设计方案

该方案测量对象是光点，在实验中用红色激光笔产生，使用加入红色滤光片的CCD摄像头。摄像头拍下屏幕的画面后，将其输出的视频信号同时送入同步分离电路和前置放大器。经过同步分离电路后，分别得到复合同步信号和场同步信号；经过前置放大电路放大、反相后，输入到钳位放大器。当有光点落在屏幕上时，视频信号的白电平处会产生尖脉冲。通过高速比较器可以截获这个尖脉冲信号（即光信号）。该方案预处理电路结构见图1。
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    复合同步信号与光信号分别作为RS触发器的R、S输入信号，触发器输出端Q输出的脉冲、振荡器输出脉冲以及经过延时的复合同步信号一起输入三输入与非门，与非门输出脉冲中作出水平计数器的计数脉冲。当光脉冲到来时，水平计数器停止计数并将数值写入水平锁存器。复合同步信号同时也作为水平计数器的清零信号，在它的下一个下降沿（即下一行）使计数器清零，进入新一轮水平计数状态。该方案行计数器结构见图2。

与图2类似，场同步信号与光信号分别作为RS触发器的R、S输入信号，输出信号Q与复合同步信号以及延迟后的场同步信号经过三输入与门后，输出的脉冲作为垂直计数器的计数脉冲。光脉冲到来时，垂直计数器停止计数并将其中的内容写入垂直锁存器。场同步信号同时也作为垂直计数器的清零信号，在下一场开始前将其清零，进入新一轮垂直计数状态。该方案场计数器结构见图3。

水平锁存器和垂直锁存器中的数值即为光点的坐标，这样就测量出图像中某光点的位置。

2 系统方案实现

2.1 同步分离电路

在电视系统中，为了能正确地重现图像，要求收端与发端同步扫描。只要扫描频率相同、起始相位相同，收端就可以重现发端图像并认为是同步的。当收端、发端的频率、相位不同时，图像将被破坏，产生畸变，甚至无法重视，因此在图像信号中加入了同步脉冲。在发送端，每当扫完一行图像时，加入一个行同步脉冲，每扫完一场图像时加入一个场同步脉冲。它们与图像信号一起被发送出去。在接收端，使行扫描锯齿波电流只有当行同步脉冲到达进才开始逆程期，而场扫描齿波电流也只有在场同步脉冲到达时才开始逆程期。这样就保证了同步。为了使扫描逆程光栅不显示（消隐），还需要加入行、场消隐脉冲，这时的图像信号电平成为消隐电平。摄像头输出的是将图像信号，同步信号，行、场消隐信号这三种信号组合起来形成的黑白全电视信号。我国电视规定：行频为15625Hz，行同步脉宽为4.7μs；场频为50Hz，场同步脉宽为2.5×1/15625=160μs。

在该方案中，使用专用芯片LM1881将行、场同步脉冲分离出来。LM1881是正极性图像信号输入、TTL电平输出芯片，从而简化了电路。图4是LM1881的连接图以及工作波形示意图。

正极性图像信号从2脚输入，在1脚和3脚分别输出复合同步信号和场同步信号。5脚输出后沿脉冲信号，作为钳位放大器的钳位脉冲输入。7脚输出奇偶场指示信号。

    2.2 钳位放大器

反极性图像信号加到解集成电路AN5612的1脚，在其内部进行视频放大，增益由18脚外接对比度电位器R1控制。频率特性由R3、C7组成的网络进行高频补偿。4脚的外接膏药度电位器R5调节黑电平的高低。视频信号在加入AN5612之前由于通过耦合电容失去了直流成分，因此，视频信号的消隐电平而改变。为了克