本文關(guān)鍵詞：高速運動線纜表觀檢測中全景圖像采集系統(tǒng)的研究

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【摘要】：電線電纜行業(yè)為國家基礎(chǔ)建設(shè)的重要產(chǎn)業(yè)。目前國內(nèi)線纜生產(chǎn)線對線纜表觀質(zhì)量檢測主要是通過人工目檢,效率低,誤檢率高。近年來,機(jī)器視覺技術(shù)快速發(fā)展,機(jī)器視覺系統(tǒng)在工業(yè)檢測中具有無接觸、檢測效率高和誤檢率低等優(yōu)點。國外的機(jī)器視覺技術(shù)研究起步較早,技術(shù)成熟,國內(nèi)對機(jī)器視覺技術(shù)研究起步較晚,國內(nèi)尚未出現(xiàn)應(yīng)用于線纜表觀檢測的機(jī)器視覺技術(shù)。研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于機(jī)器視覺技術(shù)的線纜表觀檢測系統(tǒng)具有重要意義。機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心為圖像采集和圖像處理,圖像采集系統(tǒng)所采集的圖像質(zhì)量直接影響圖像處理系統(tǒng)的處理效果。本文設(shè)計了基于Zynq的線纜表觀檢測系統(tǒng)中的全景圖像采集系統(tǒng),主要研究內(nèi)容分為三個部分。首先,設(shè)計線纜表觀全景360°圖像采集光學(xué)系統(tǒng)。為了實現(xiàn)對線纜表觀全景360°圖像采集,設(shè)計基于平面鏡系統(tǒng)的光學(xué)平臺,根據(jù)圖像處理系統(tǒng)需求和線纜運動速度,選擇合適的相機(jī)和鏡頭。實驗結(jié)果表明,該光學(xué)系統(tǒng)可以采集直徑為6.53 mm線纜表觀全景圖像,像素分辨率為22.5?m。然后,設(shè)計圖像采集傳輸電路。為了解決高速LVDS差分傳輸線阻抗匹配、時序和高速信號串?dāng)_問題,采用了蛇形等長布線技術(shù)、阻抗控制技術(shù)和信號隔離技術(shù)等,設(shè)計了Camera Link轉(zhuǎn)FMC子卡,將串行的Camera Link協(xié)議圖像數(shù)據(jù)解串成并行的圖像數(shù)據(jù),通過FMC接口,輸入到Zynq內(nèi)。最后,設(shè)計Zynq內(nèi)FPGA邏輯電路。為了實現(xiàn)高速Camera Link圖像數(shù)據(jù)采集、緩存、預(yù)處理和顯示,使用了并行處理技術(shù)、流水線技術(shù)、乒乓操作技術(shù)、同步電路設(shè)計技術(shù)、總線互聯(lián)技術(shù)等,設(shè)計了相機(jī)觸發(fā)模塊、圖像數(shù)據(jù)采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、HDMI顯示驅(qū)動模塊等。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠采集幀率50 fps、分辨率1600×1200、256灰度級的圖像,全高清圖像HDMI輸出,HDMI接口顯示器顯示。在模擬線纜生產(chǎn)線實驗平臺上調(diào)試圖像采集整機(jī)系統(tǒng),實驗結(jié)果結(jié)合理論分析可知,本文所設(shè)計系統(tǒng)在相機(jī)曝光時間設(shè)置為20?s時,可以采集運動速度1 m/s,直徑6.53 mm的線纜表觀全景圖像,圖像清晰,畸變小,能夠滿足工業(yè)檢測需求。據(jù)我們查閱國內(nèi)外重要數(shù)據(jù)庫的結(jié)果,通過單個相機(jī)結(jié)合光學(xué)平臺實現(xiàn)對圓柱形線纜表觀全景360°圖像采集的方法國內(nèi)未見報道。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)器視覺 圖像采集 光學(xué)平臺 線纜
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 引言11
• 1.2 論文研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 論文解決的問題和創(chuàng)新點13-14
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排14-16
• 第二章 圖像采集系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及硬件平臺16-32
• 2.1 機(jī)器視覺系統(tǒng)16-17
• 2.2 嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)17-18
• 2.3 硬件平臺18-27
• 2.3.1 Zynq-7000簡介18-20
• 2.3.2 軟硬件聯(lián)合設(shè)計技術(shù)20-21
• 2.3.3 AMBA4.0 總線21-27
• 2.3.3.1 AXI4總線21-25
• 2.3.3.2 AXI4-lite總線25-26
• 2.3.3.3 AXI4-stream總線26-27
• 2.4 圖像預(yù)處理算法研究27-31
• 2.4.1 差分法去除圖像復(fù)雜背景27-30
• 2.4.2 圖片邊緣剪裁30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 圖像采集系統(tǒng)總體方案設(shè)計32-39
• 3.1 圖像采集系統(tǒng)總體概述32
• 3.2 光學(xué)系統(tǒng)概述32-33
• 3.3 硬件電路系統(tǒng)總體概述33-38
• 3.3.1 AXI interconnect IP核35-36
• 3.3.2 相機(jī)觸發(fā)與圖像數(shù)據(jù)采集模塊36-37
• 3.3.3 AXI VDMA IP核37
• 3.3.4 MIG IP核37
• 3.3.5 圖像預(yù)處理模塊37
• 3.3.6 HDMI顯示驅(qū)動模塊37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計39-51
• 4.1 光學(xué)平臺設(shè)計39-44
• 4.1.1 光路設(shè)計39-41
• 4.1.2 光學(xué)平臺41-44
• 4.2 光源設(shè)計44-45
• 4.3 相機(jī)選型研究45-48
• 4.3.1 相機(jī)分辨率和曝光時間46
• 4.3.2 相機(jī)幀率46
• 4.3.3 相機(jī)數(shù)據(jù)輸出接口46-48
• 4.4 鏡頭選型研究48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第五章 圖像采集系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計及仿真測試51-78
• 5.1 相機(jī)圖像數(shù)據(jù)采集51-59
• 5.1.1 圖像采集傳輸電路設(shè)計51-54
• 5.1.2 相機(jī)圖像數(shù)據(jù)采集邏輯電路設(shè)計54-57
• 5.1.3 相機(jī)圖像數(shù)據(jù)采集邏輯電路仿真測試57-59
• 5.2 AXI VDMA功能仿真測試59-65
• 5.2.1 AXI VDMA簡介59-62
• 5.2.2 AXI VDMA實例化以及初始化配置62-64
• 5.2.3 AXI VDMA功能仿真64-65
• 5.3 HDMI顯示驅(qū)動設(shè)計65-75
• 5.3.1 HDMI簡介65-69
• 5.3.2 HDMI驅(qū)動邏輯設(shè)計69-73
• 5.3.3 HDMI驅(qū)動寄存器初始化配置73-74
• 5.3.4 HDMI驅(qū)動功能仿真測試74-75
• 5.4 圖像預(yù)處理模塊75-77
• 5.4.1 圖像預(yù)處理模塊邏輯電路設(shè)計75-76
• 5.4.2 圖像預(yù)處理模塊功能仿真測試76-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 第六章 圖像采集系統(tǒng)整體測試78-89
• 6.1 實驗平臺78-79
• 6.2 光學(xué)平臺測試79-81
• 6.3 圖像采集系統(tǒng)測試81-87
• 6.3.1 Zynq啟動81-82
• 6.3.2 系統(tǒng)測試82-87
• 6.4 圖像處理系統(tǒng)與圖像采集系統(tǒng)聯(lián)合測試87-88
• 6.5 本章小結(jié)88-89
• 第七章 總結(jié)和展望89-91
• 7.1 本文工作總結(jié)89-90
• 7.2 研究方向展望90-91
• 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 攻讀碩士期間取得的研究成果96-97

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉金橋;吳金強(qiáng);;機(jī)器視覺系統(tǒng)發(fā)展及其應(yīng)用[J];機(jī)械工程與自動化;2010年01期

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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本文編號：738206