本文關鍵詞：基于機器視覺的軌道幾何特征提取算法研究及實現

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【摘要】：地鐵隧道不均勻沉降是影響地鐵正常運行的重要因素,建立隧道長期沉降變形的實時監(jiān)測與安全評估系統(tǒng)、掌握隧道整體變形情況、及時發(fā)現并消除安全隱患就顯得格外迫切與必要�；跈C器視覺的SLAM算法可以恢復出軌道空間線性特性,將恢復的空間線性與之前線性進行對比即可得知軌道沉降坐標。而SLAM核心步驟為特征提取、匹配及三維重建�；诖�,產生了本文研究內容:基于機器視覺的軌道幾何特征提取及實現。本文提取出的軌道幾何特征能為后續(xù)SLAM算法提供技術支持,本文主要研究了以下內容:(1)從匹配角度上將圖像幾何特征提取轉化為直線特征提取的特性研究以及軌道結構分析。在圖像的預處理過程中,研究了高斯濾波降噪、圖像灰度變換、適應閥值二值化、洞形填充、構造函數進行形態(tài)學閉運算和取反等理論。并分析了幾種邊緣檢測算子,從理論和實驗的角度得出適合本文的邊緣提取算子。(2)分析了直線提取算法—標準Hough變換,針對Hough變換占用高內存的情況,深入研究了隨機Hough變換,同時針對隨機Hough提取偽像素的弊端,對隨機Hough變換加以改進。以及分析了基于直線幾何特性的軌道直線匹配方法,針對基于幾何屬性的匹配算法出現的匹配盲目性,提出一種先利用直線段長度、梯度方向和中心點位置的粗匹配和后利用該直線段中點梯度信息的精確匹配的改進算法。并從實驗角度驗證算法的正確性。(3)激光傳感器ACR-LD131、FPGA和DSP開發(fā)板為核心的硬件開發(fā)平臺的搭建。其中包括DSP電路板設計、DSP的激光傳感器數據處理、DSP觸發(fā)相機拍照以及FPGA的圖像預處理過程。最后總結了本文的特征提取、匹配及硬件設計等方面的工作,同時指出了圖像匹配時間長、FPGA開發(fā)板針對圖像邊緣提取效果不佳等不足之處。本文工作的重點:(1)圖像直線特征提取算法——隨機Hough變換;(2)基于直線段屬性和中點描述符的直線匹配算法;(3)FPGA的圖像預處理和激光位移傳感器的DSP數據處理。
【關鍵詞】：幾何特征 機器視覺 隨機Hough變換 FPGA DSP Canny邊緣算子
【學位授予單位】：上海工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U456.3;U216.3
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 課題背景及意義13-15
• 1.1.1 課題來源13
• 1.1.2 選題背景13-14
• 1.1.3 選題意義14-15
• 1.2 國內外研究現狀15-17
• 1.2.1 直線提取的研究現狀15-16
• 1.2.2 直線匹配的研究現狀16-17
• 1.3 研究內容和論文結構17-19
• 1.3.1 研究內容17-18
• 1.3.2 論文結構18-19
• 第二章 軌道圖像直線特征預處理及邊緣檢測19-38
• 2.1 軌道結構分析19-20
• 2.2 圖像預處理20-27
• 2.2.1 軌道圖像的高斯濾波降噪20-22
• 2.2.2 圖像灰度變換22-23
• 2.2.3 軌道圖像二值化23-24
• 2.2.4 圖像洞形填充、構造函數形態(tài)學閉運算和取反運算24-26
• 2.2.5 鋼軌和扣件圖像預處理實驗26-27
• 2.3 軌道圖像邊緣檢測27-33
• 2.3.1 梯度和方向28-29
• 2.3.2 邊緣算子29-33
• 2.4 鋼軌和扣件邊緣提取試驗結果33-37
• 2.4.1 鋼軌和扣件邊緣提取流程圖實驗結果及分析33-37
• 2.5 本章小結37-38
• 第三章 軌道圖像中鋼軌和扣件直線特征提取38-49
• 3.1 直線提取方法38-40
• 3.1.1 標準Hough變換38-39
• 3.1.2 Hough變換性能的分析39-40
• 3.2 隨機Hough變換40-42
• 3.2.1 隨機Hough變換原理40-42
• 3.3 改進后的RHT42-44
• 3.3.1 改進方法43-44
• 3.4 提取軌道和扣件直線特征總流程44-45
• 3.5 基于RHT的鋼軌和扣件直線特征提取實驗結果及分析45-47
• 3.5.1 實驗結果45-47
• 3.5.2 實驗分析47
• 3.6 本章小結47-49
• 第四章 軌道圖像中鋼軌和扣件直線特征匹配49-64
• 4.1 軌道圖像直線匹配49-50
• 4.1.1 直線特征提取49
• 4.1.2 特征直線描述49
• 4.1.3 相似性度量49-50
• 4.2 軌道圖像中直線表示法50
• 4.3 直線的中點描述符與直線段匹配法50-55
• 4.3.1 鋼軌和扣件的直線段描述51-52
• 4.3.2 鋼軌和扣件的直線段匹配52-54
• 4.3.3 軌道和扣件直線特征匹配總流程54-55
• 4.4 實驗結果與分析55-63
• 4.4.1 實驗結果55-62
• 4.4.2 實驗分析62-63
• 4.5 本章小結63-64
• 第五章 鋼軌和扣件直線特征提取與匹配系統(tǒng)硬件設計64-83
• 5.1 鋼軌和扣件直線特征提取與匹配系統(tǒng)硬件設計64-66
• 5.1.1 直線特征提取與匹配系統(tǒng)構架設計64-66
• 5.2 光源與CCD視覺傳感器66-68
• 5.2.1 光源的選擇與照明方案66-67
• 5.2.2 視覺CCD傳感器的選擇67-68
• 5.3 ACR-LDS131激光位移傳感器68-72
• 5.3.1 激光位移傳感器工作原理68
• 5.3.2 激光位移傳感器選擇與扣件區(qū)域掃描68-72
• 5.4 FPGA專用開發(fā)板72-77
• 5.4.1 基于Xilinx Virtex6 FPGA的開發(fā)板72-73
• 5.4.2 基于圖形界面的FPGA開發(fā)環(huán)境Visual Applet73-77
• 5.5 DSP開發(fā)板設計77-82
• 5.5.1 DSP簡要概述77-78
• 5.5.2 TMS320DM6437結構及硬件特性78-79
• 5.5.3 電路板設計79-82
• 5.6 本章小結82-83
• 第六章 總結與展望83-85
• 6.1 總結83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻85-89
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及取得的相關科研成果89-90
• 致謝90-91

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