基于虚拟仪器的目标自动跟踪和瞄准实验系统改造

王金鉴 殷红 李方

摘要：本文介绍了一种基于虚拟仪器的目标自动跟踪和瞄准实验系统，对系统的功能、硬件配置和基于虚拟仪器的机器视觉的开发流程进行了讲述。

关键词：虚拟器 机器视觉 自动跟踪

在进行测试和测量的实验过程中经常需要采用一定的方法对运动目标的位置、轨迹等参数进行测量。原有的测量实验系统采用示波器、线阵CCD等模块构成，有着系统相对分散、系统的调节和使用不方便等因素。而随着虚拟仪器技术的发展和数据采集系统的广泛的应用，采用虚拟仪器和便携式数据采集系统对原有运动目标的自动跟踪与瞄准系统进行改造，可以获得更好的教学实验效果。

1.实验系统简介

实验系统由摄像头和运动平台伺服控制系统及计算机组成；当目标光点移动时，摄像头将拍摄的图片送入虚拟仪器系统。同时两伺服电机的位置信号也通过USB数据采集卡送入虚拟仪器，在虚拟仪器中通过图像识别把移动目标的X轴和Y轴方向的位置信号和伺服电机的位置信号作比较计算，然后输出偏差信号来控制伺服电机，实现对移动目标的自动跟踪和瞄准。

2.实验系统的硬件配置

本实验系统由CCD摄像头、伺服跟踪系统1套、NI USB6008数据采集卡1块、装有虚拟仪器系统的PC机1台、激光笔1支构成。系统的组成框图如图1所示。

图1 目标自动跟踪和瞄准实验系统组成框图

3.基于虚拟仪器的机器视觉处理

基于机器视觉的图像处理系统包括：图像灰度变换、图像锐化处理、图像二值化处理、图像边缘检测、目标位置判断等子系统构成。

对于数字图像的锐化处理，采用式（1）的方式进行锐化。

式（1）

边缘是图像灰度变化比较剧烈的地方，在灰度变化大的地方进行微分将有利于更好的检测边缘，对于数字图像的边缘检测部分，采用差分处理的方法进行边缘增强与检测。其算法如式（2）所示。

式（2）

机器视觉的处理采用NI公司的IMAQ Vision进行编程、开发。IMAQ Vision模块中包括整套的MMX优化与处理。IMAQ Vision可以实现图像处理（统计、滤波等功能）及色彩空间变换、斑点分析计算和测量等方面的功能。CCD采集的圖像的处理部分的程序框图如图2所示。

图2 虚拟仪器进行图像预处理的程序框图

4.电机控制系统

当计算机获取到移动目标的位置时，通过检测高度控制电机和水平控制电机的位置，结合指示的目标位置进行差值计算，控制相应电机的动作。图3为X轴电机控制程序框图。

图3 电机控制系统的程序框图

5.结束语

基于虚拟仪器的目标自动跟踪和瞄准实验系统对原有实验系统进行了改造，可以更好的完成目标的跟踪，而且该系统具有组成结构简单、性能可靠、模块化设计利用维护与检修、操作方便等特点。

由于采用了电子计算机和虚拟仪器的技术，该实验系统人机界面更为友好，便于学生进行相关实验、掌握相关的课程内容。

参考文献

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