关键词：PC104; 图象处理; 串口液晶
引言
把图像应用到工业中时很有实用价值的，摄取图像通常不带破坏性，是安全的。它又是一件不费力的事，且成本也不昂贵。计算机与图像处理的结合也在快速发展中，从20世纪60年代起，人们就想利用计算机视觉的原理构造出有用的计算机系统，受多方面因素的影响，很难实现。随着科技发展，计算机和图像系统的价格已经很便宜，意味着研究工作有一定可行性。
在现代化的大生产之中，视觉检测往往是不可缺少的环节。比如，汽车零件的外观，药品包装的正误，IC字符印刷的质量，电路板焊接的好坏，等等，都需要众多的检测工人，通过肉眼或结合显微镜进行观测检验。大量的检测人工不仅影响工厂效率，而且带来不可靠的因素，直接影响产品质量与成本。另外，许多检测的工序不仅仅要求外观的检测，同时需要准确获取检测数据，比如零件的宽度，圆孔的直径，以及基准点的坐标等等，这些工作则是很难靠人眼快速完成。
与此同时,与PC兼容的单板机也在硬件杠杆即与PC芯片兼容可降低成本，获得更简单和更容易的系统支持;和软件杠杆为可充分利用PC操作系统、语言、工具软件的作用下得到了进一步的发展。PC104与普通PC总线控制系统的主要不同是：
1、小尺寸结构：标准模块的机械尺寸是3.6X3.8英寸，即96X90mm
2、堆栈式连接：总线以“针”和“孔”形式层叠连接，PC104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的接线孔相互咬和相连，这种层叠封装有极好的抗震性。
3、轻松总线驱动：减少元件数量和电源消耗，4mA总线驱动即可使模块正常工作，，每个模块1-2瓦能耗。
1 系统构成
1.1 系统硬件构成
系统以嵌入式工业计算机PC/104为核心，以红外接近开关检测是否有工件进入检测范围，当有待测工件进入测量范围，启动USB接口摄像机摄取检测图像并转化为数字信号，经过软件处理后把相应的处理结果加以记录并通过液晶显示出来，当遇到不符条件的工件时控制过程开关检出此工件。系统框图参见图1。
图1 系统框图
1.2 系统硬件说明
工业流水线上的工件经过机械位置调整后，当工件触发红外接近开关，USB接口摄像机的捕获工件图像，作为数字信号进入计算机，并对其作进一步图像处理运算。得到所需监测目标的图像特征值，根据结果发出相应的控制指令，完成工业自动控制过程。处理结果可以通过串口液晶模块显示，还可以存储在通过CF卡接口扩展的大容量存储单元中并由RJ45以太网接口传给上位机。
嵌入式工业计算机PC/104：嵌入式工业计算机采用ST公司的嵌入式CPU STPC Atlas，它是一款增强型486 DX/DX2 CPU。 当工作在DX2模式下的工作频率可达133MHz。Atlas 内部集成了一个2D图形控制器和一个内存控制器，可以直接扩展LCD/CRT 接口及100MHz的SDRAM，最大容量可以支持到64Mbytes。 板上还集成10/100Mbps网络接口、DOC接口、EIDE、二个USB、通用串口、并口及PC/104接口。是高性价比，结构紧凑的嵌入式控制模块。
5V稳压源：供电系统采用5V电源为整个系统供电，可使用交流220V经变压器后，由7805等三端稳压器件输出;3.3V锂电池为RTC供电，保持日历时钟。
CF卡接口：用于大容量存储数据和交换数据。
串口液晶模块：PC104有3线，9线串口，可接MAX211、MAX232、MAX485等电平转换芯片，用以串口通讯。扩展的串口通讯液晶，通过RS232串口可以显示字符，图形，曲线等。内含12＊12，16＊16，24＊24点阵含字库，通讯速率可选：1200/2400/9600/19200/38400/57600/115200 bps可软件设置，默认速率为9600，通过跳线完成。自带flash可存储100多幅页面或画面。
以太网接口：安装RJ45接口，2个LED显示其状态。
PS/2调试键盘扩充标准AT-PS2键盘：通过转换线接PS/2工业标准键盘，价格低廉且通用。采用双向同步串行协议，与BIOS紧密结合，在编程上实现BIOS级的兼容，可直接使用各种C库函数。运行PS2KEY.EXE执行键盘驻留程序。由于键盘在系统中仅调试时使用，所以不采用常见的矩阵键盘，省去了键盘部分的外接电路。
USB接口摄像机：系统检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。系统中图像获取设备包括光源、USB接口摄像机等。对于与PC104不兼容的USB接口摄像机驱动，需要编写对应的DLL文件。
红外接近开关：利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。红外接近开关,IR发射管一旦被驱动，它便发出IR信号， 接收头收到这个信号并输出低电平。因为工业现场干扰较杂，采用对射式光电开关，同时让IR LED发送一定宽度的脉冲信号，在发送端和接收端连接一个判别电路如果发/收的信号一致，就认为没有物体接近，否则就有。对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。对于不透明的检测物体，采用对射式光电开关保证检测的可靠性。
2 系统流程
2.1 控制流程
通过USB接口摄像机形成机器视觉，完成对图像的获取，在PC104中对数字图像处理分析并显示输出结果。
将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。基于PC104的实时工业图像检测控制流程参见图2。
图2 系统控制流程图
通过PS/2调试键盘，把初始化参数输入工业计算机，并进行软件调试。也可以扩展特制工业键盘，方便调试和工业操作。相应键盘软件流程参见下一节。当机械传送带送待测工件至摄像机视野后，红外接近开关在工件到达摄像机视野正中时给出触发信号，摄像机获取工件图像，并把数字图像送至PC104，由图像处理软件计算所需要的图像特征值。与工件标准相比较，根据结果显示相应数据图像并发出指令。
2.2 相关软件流程
图像处理软件流程：获取图像由于受工业现场脉冲干扰，图像在捕获和传输过程中产生椒盐脉冲等噪声，必须经过滤波处理。对图像开运算除去比结构元素更小的明亮细节，再利用闭运算去除比结构元素更小的暗色细节，开运算、闭运算用来平滑图像同时去除噪声，流程图参见图3。
图3 图像处理流程
若扩展特制键盘，其键盘软件参考程序如下，键盘例程：
#include <＊.h> //包括所需头文件
Int main（int argc, char ＊ argv[]）
｛
Int keyval;
.
. // 初始化
While （1）
｛
keyval= getch（）; //获取键入字符
switch （keyval）
｛
case ‘1’: //若按键1按下
user_fun1（）; // 用户程序
break;
.
. // 其他键值
default:
;
｝
｝
return 0;
｝
3 系统仿真
运用计算机硬件与软件技术对图像数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图像特征值，再根据其结果显示图象，输出数据，发出指令，配合执行机构完成位置调整，好坏筛选，数据统计等自动化流程。与人工视觉相比较，机器视觉的最大优点是精确，快速，可靠，以及数字化等优点。
图4说明系统对模拟工件的处理过程，确定模拟工件圆柱直径：
图4 模拟工件处理过程
模拟工件在传送中触发红外接近开关，USB接口摄像机捕获工件图像a，由于工业现场干扰较多，图像在经过滤波b，以及开、闭运算平滑处理后c，为计算工件的圆柱直径，把图像二值，骨骼化并进行重构处理，获得直径参数，与标准工件参数比较，若误差超出允许范围，给出信号，并把相关数据记录或上传给上位机。
4 结束语
自从1987年产生第一块PC104，对PC104感兴趣的人越来越多，本文探讨了PC104对工业图像的实时检测。图像处理设备包括相应的软件和硬件系统;输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。图像数据经软件处理后，对所得的图像特征值进行分析，并完成对生产线的产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线，本系统具有实际应用价值。
参考文献：
[1] Gonzalez, R.C. and Woods, R.E. Digital Image Processing, 2nd ed., Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ. 2002.
[2] 李介谷. 计算机视觉的理论和实践. 第二版. 上海：上海交通大学出版社, 1998.
[3] 章毓晋. 图像工程. 北京：清华大学出版社. 2000.
[4] Eurotech，Digital-logic 等公司产品技术说明书
[5] 李为民. 单片机图像采集与网络传输. 微计算机信息 2005年第11-2期
