基于LabVIEW圖形化的條碼識讀引擎CCD調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計

隨著移動支付與快遞行業(yè)的高速發(fā)展，條碼識讀產(chǎn)品市場需求與日俱增。一維識讀引擎采用對稱式結(jié)構(gòu)和遠近物距交替設(shè)計，兼顧遠近景深的同時，不斷提升鏡頭邊緣的相對照度，采用的窄條光斑形成方法與生產(chǎn)制造過程已經(jīng)申請專利保護。對于采用線形CCD傳感器的識讀引擎，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求控制照明和成像同軸指標，否則會影響識讀性能，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式依靠人工調(diào)節(jié)CCD高度，實驗系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù)，使用步進電機進行精確調(diào)節(jié)，使識讀引擎的性能滿足設(shè)計指標要求。

識讀引擎工作原理

識讀引擎一般由照明系統(tǒng)、光學(xué)成像系統(tǒng)、圖像傳感器與圖像處理單元組成。CCD作為圖像傳感器是識讀引擎的核心部件，采用2500分辨率TOSHIBA線形CCD，識讀精度大于3mil，其中分辨率是線形CCD的重要參數(shù)，例如2500表示CCD由2500個光電傳感器組成。

CCD具有低照度效果好、信噪比高、通透感強、色彩還原能力佳等優(yōu)點，線形CCD是由若干個光電傳感器組成的一個條形器件，每個光電傳感器接受到光信號，通過放大電路得到工作波形，如圖1所示（見下頁），再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后由圖像處理單元進行解碼。

圖1 CCD工作波形

實驗系統(tǒng)組成

實驗系統(tǒng)的組成包括標準光源箱、圖形測試卡、工業(yè)攝像機與自動化測試工具等。

標準光源箱

本實驗系統(tǒng)使用LED白色光源，色溫6500K，環(huán)境照度控制為300lux。

圖形測試卡

圖形測試卡由三角形與圓形圖案組成，如圖2所示。主要用于確定對焦燈、CCD的相對位置，測試時使識讀引擎位置介于兩個圓形圖案之間。

圖2 測試卡

工業(yè)攝像機

使用德國Basler acA2500-20gc快速對焦工業(yè)相機，幀速20fps，用于采集識讀引擎對焦燈照射到測試卡表面的圖像。

自動化測試軟件

虛擬儀器技術(shù)是以PC機作為系統(tǒng)控制器，通過軟件實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器技術(shù)的關(guān)鍵是軟件系統(tǒng)，本文采用LabVIEW平臺開發(fā)自動化測試軟件，內(nèi)置IMAQ VISION視覺開發(fā)工具包，為圖像處理提供完整的功能，開發(fā)者采用圖形化的方式編程，可以縮短開發(fā)周期。

數(shù)學(xué)建模與測試軟件詳細設(shè)計

攝像機圖像采集

在LabVIEW的VI前面板，采用將攝像機Ac?tiveX控件嵌入到ActiveX容器中的方式，顯示采集的圖像并與LabVIEW控件進行交互，利用測試卡兩個圓圈對相機圖像標定，計算圓心A1與A2的坐標差值，與實際圖像尺寸進行比較，獲取單位像素長度數(shù)據(jù)。通過對相機圖像處理進行水平掃描與垂直投影，找出對焦燈帶上下兩個灰度跳變的點，將中間所有點進行線性擬合，確定對焦燈帶中心線Y坐標與傾斜角，計算相對于三角形底邊L的對焦燈帶高度。

CCD拍圖定位

CCD位置的確定，需要通過開發(fā)板獲取CCD工作波形，通過波形高電平的持續(xù)寬度，計算當前CCD拍圖的線長度L1。通過L1與三角形底邊L的長度之比，換算成高度比，結(jié)合單位像素長度，計算出CCD的實際高度。

CCD高度調(diào)節(jié)

調(diào)用比較程序，如圖3所示（見下頁）。當CCD高度與對焦燈帶高度不一致時，發(fā)出電機旋轉(zhuǎn)指令，將CCD高度調(diào)節(jié)到對焦燈帶的中心位置。

圖3 LabVIEW控制部份程序

軟件工作流程圖

首先進行攝像機圖像采集，采用加權(quán)平均法對圖像進行濾波處理，再進行圖像灰度化處理，采用梯度閾值法進行圖像邊緣檢測，確定對焦燈帶的位置與高度，接著進行CCD拍圖高度定位，通過調(diào)用比較程序，驅(qū)動步進電機對CCD高度進行調(diào)節(jié)，利用傳感器監(jiān)控調(diào)節(jié)裝置的實時高度，當超出軟件設(shè)定的有效范圍及時報錯，此時需復(fù)位后重新調(diào)節(jié)，具體工作流程，如圖4所示。

圖4 軟件工作流程

使用虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合圖像處理技術(shù)，利用LabVIEW軟件平臺開發(fā)專用的CCD高度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是圖像處理技術(shù)在條碼識讀引擎工業(yè)生產(chǎn)的成功應(yīng)用。經(jīng)過實際驗證，實驗系統(tǒng)簡單易操作，對比人工調(diào)節(jié)生產(chǎn)效率大幅提升，降低制造成本，確保產(chǎn)品識讀性能的一致性，避免不良品流向市場，對識讀引擎自動化生產(chǎn)具有重要意義。