本文關(guān)鍵詞：基于SoC的高速運(yùn)動線纜表觀字符實時光電檢測系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 點(diǎn)陣字符識別 線纜 高層次綜合 片上系統(tǒng)

【摘要】：線纜生產(chǎn)過程中,線纜的生產(chǎn)日期、生產(chǎn)批次、產(chǎn)品型號等重要信息往往以點(diǎn)陣字符的形式被噴印在線纜表面。線纜表觀字符檢測是線纜質(zhì)量控制中的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)線纜表觀字符識別使用人工方法,效率低,工作強(qiáng)度大。在線纜生產(chǎn)速度越來越高的情況下,人工識別的方法已經(jīng)不能滿足線纜制造業(yè)的要求。為此開展了基于SoC的高速運(yùn)動線纜表觀字符實時光電檢測系統(tǒng)研究。本文以Zynq SoC為算法實現(xiàn)平臺,結(jié)合ARM的靈活性與FPGA卓越的計算性能,使用AXI4總線進(jìn)行系統(tǒng)互聯(lián),實現(xiàn)了完整的點(diǎn)陣字符識別系統(tǒng)。經(jīng)測試識別率可達(dá)91%,識別單幅1600×1200像素線纜圖像所需時間僅需22 ms。據(jù)我們查閱國內(nèi)外重要數(shù)據(jù)庫的結(jié)果,單芯片上實現(xiàn)的點(diǎn)陣字符光學(xué)識別系統(tǒng)在國內(nèi)尚未見報道。點(diǎn)陣字符識別算法方面,本文采用差分法去除線纜背景區(qū)域;然后利用灰度投影曲線與擬合曲線的誤差平方值提取了4幅線纜環(huán)視圖像中包含完整字符區(qū)域的圖像;隨后針對線纜表面圖像光照不均的情況,提出了一種大窗口中值差分二值化算法,并對其進(jìn)行了算法優(yōu)化;為有效分割點(diǎn)陣字符,采用了基于多次投影的二次分割算法對點(diǎn)陣字符進(jìn)行有效分割,并對字符進(jìn)行了歸一化;最后提出了一種改進(jìn)的分塊重心向量特征提取方法,結(jié)合字符尺寸信息與直接模板匹配方法,設(shè)計了多層分類器對字符進(jìn)行分類識別。為了滿足系統(tǒng)幀率要求,本文利用高層次綜合技術(shù)對算法進(jìn)行了硬件實現(xiàn)與優(yōu)化。對大窗口快速中值查找算法進(jìn)行了硬件并行化、存儲結(jié)構(gòu)優(yōu)化、循環(huán)體優(yōu)化等多種硬件優(yōu)化措施;對最大類間方差法的計算過程進(jìn)行了資源優(yōu)化和流水線操作;對分塊重心特征向量計算模塊進(jìn)行了全并行優(yōu)化。最后采用軟硬件聯(lián)合仿真技術(shù)對所有硬件模塊進(jìn)行了驗證。經(jīng)仿真結(jié)果驗證,硬件優(yōu)化后算法速度可提高50倍以上。為測試系統(tǒng)性能,本文搭建了完整的軟硬件測試平臺,移植了嵌入式Linux操作系統(tǒng)以及Qt軟件,并且編寫了圖形界面。最終在Zynq芯片上實現(xiàn)了完整的線纜表觀點(diǎn)陣字符識別系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：點(diǎn)陣字符識別 線纜 高層次綜合 片上系統(tǒng)
【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】：TN29
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 論文主要工作14-16
• 1.3.1 論文研究內(nèi)容14
• 1.3.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)14
• 1.3.3 論文章節(jié)安排14-16
• 第二章 軟硬件平臺設(shè)計16-31
• 2.1 Zynq-7000概述16-21
• 2.1.1 Zynq-7000體系架構(gòu)與設(shè)計優(yōu)勢16-18
• 2.1.2 Zynq-7000啟動流程18
• 2.1.3 AXI4總線18-21
• 2.1.3.1 AXI4總線架構(gòu)19
• 2.1.3.2 AXI4總線工作模式19-21
• 2.2 線纜表觀圖像采集系統(tǒng)設(shè)計21-25
• 2.2.1 采集平臺與光學(xué)方案設(shè)計21-23
• 2.2.2 GigE相機(jī)選型與驅(qū)動23-25
• 2.2.2.1 相機(jī)選型23-24
• 2.2.2.2 GigE相機(jī)配置與驅(qū)動24-25
• 2.3 硬件平臺設(shè)計25-29
• 2.3.1 硬件平臺系統(tǒng)設(shè)計25-26
• 2.3.2 VDMA26-27
• 2.3.2.1 VDMA概述26-27
• 2.3.2.2 VDMA驅(qū)動與控制27
• 2.3.3 HDMI圖像顯示系統(tǒng)27-29
• 2.3.3.1 HDMI概述27-28
• 2.3.3.2 HDMI顯示系統(tǒng)28-29
• 2.4 嵌入式軟件平臺設(shè)計29-31
• 2.4.1 嵌入式操作系統(tǒng)29-30
• 2.4.1.1 Linux嵌入式操作系統(tǒng)29-30
• 2.4.1.2 交叉編譯環(huán)境搭建30
• 2.4.2 Qt移植30-31
• 第三章 線纜表觀點(diǎn)陣字符識別算法31-68
• 3.1 圖像預(yù)處理31-41
• 3.1.1 圖像質(zhì)量分析32-33
• 3.1.2 差分法去除線纜背景區(qū)域33-34
• 3.1.3 基于灰度投影曲線擬合的目標(biāo)線纜識別算法34-39
• 3.1.4 線纜區(qū)域提取39-40
• 3.1.5 線纜傾斜校正40-41
• 3.2 圖像二值化41-53
• 3.2.1 常用二值化算法42-44
• 3.2.1.1 最大類間方差法（OTSU法）42-43
• 3.2.1.2 基于熵的方法43-44
• 3.2.2 非均勻光照條件下的圖像二值化算法44-49
• 3.2.2.1 同態(tài)濾波法45-46
• 3.2.2.2 局部閾值分割算法46-47
• 3.2.2.3 形態(tài)學(xué)處理方法47-49
• 3.2.3 大窗口中值差分二值化算法49-53
• 3.2.3.1 大窗口中值濾波提取圖像背景49-51
• 3.2.3.2 大窗口快速中值查找算法51-53
• 3.2.3.3 背景差分圖像的二值化53
• 3.3 字符分割算法53-59
• 3.3.1 點(diǎn)陣字符分割預(yù)處理算法54-55
• 3.3.1.1 形態(tài)學(xué)去噪54
• 3.3.1.2 字符傾斜校正54-55
• 3.3.2 基于多次投影的二次分割算法55-58
• 3.3.3 字符歸一化算法58-59
• 3.4 特征向量提取與多層分類器設(shè)計59-67
• 3.4.1 改進(jìn)的分塊重心向量特征提取算法60-62
• 3.4.2 多層分類器設(shè)計62-67
• 3.4.2.1 基于圖像空間信息的第一層分類器63-64
• 3.4.2.2 基于分塊質(zhì)心特征向量歐氏距離的第二層分類器64-65
• 3.4.2.3 基于直接模板匹配的第三層分類器65-67
• 3.5 點(diǎn)陣字符識別結(jié)果67-68
• 第四章 點(diǎn)陣字符識別算法優(yōu)化與實現(xiàn)68-84
• 4.1 高層次綜合技術(shù)（HLS）68-70
• 4.1.1 高層次綜合技術(shù)概覽68-69
• 4.1.2 高層次綜合技術(shù)開發(fā)流程69-70
• 4.2 面向HLS的大窗口中值差分二值化算法優(yōu)化70-81
• 4.2.1 大窗口快速中值查找算法實現(xiàn)70-79
• 4.2.1.1 存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計71-74
• 4.2.1.2 循環(huán)展開技術(shù)74-75
• 4.2.1.3 模塊接口設(shè)計75-77
• 4.2.1.4 大窗口快速中值查找算法仿真與測試77-79
• 4.2.2 最大類間方差法（Otsu）優(yōu)化與實現(xiàn)79-81
• 4.3 并行分塊重心向量特征提取算法優(yōu)化81-83
• 4.3.1 并行分塊重心計算模塊的實現(xiàn)與優(yōu)化81-82
• 4.3.2 并行分塊重心向量特征提取模塊仿真與測試82-83
• 4.4 本章小結(jié)83-84
• 第五章 系統(tǒng)測試84-89
• 5.1 測試環(huán)境84-87
• 5.1.1 硬件測試環(huán)境搭建84-85
• 5.1.2 軟件測試環(huán)境搭建85-87
• 5.1.2.1 Zynq啟動文件85-86
• 5.1.2.2 系統(tǒng)調(diào)試界面86-87
• 5.2 系統(tǒng)測試87-89
• 5.2.1 線纜表觀字符識別率測試87-88
• 5.2.2 線纜表觀字符識別速度測試88-89
• 第六章 總結(jié)與展望89-91
• 6.1 全文總結(jié)89-90
• 6.2 后續(xù)工作展望90-91
• 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果97-98

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱健華;王林;羅前;;一種基于SOC軟硬件協(xié)同仿真調(diào)度技術(shù)的研究[J];電子元器件應(yīng)用;2012年02期

2 ;大唐微電子選擇安捷倫業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的93000SOC系列進(jìn)行通信SOC測試[J];國外電子測量技術(shù);2004年05期

3 李健;;軟件將是SoC創(chuàng)新的靈魂[J];電子產(chǎn)品世界;2006年11期

4 米林;趙孟娜;秦甲磊;吳旋;;基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電動汽車動力電池SOC模型[J];重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué));2011年10期

5 司煥麗;胡楊川;;一種適用于SoC的時鐘復(fù)位管理電路設(shè)計[J];通信技術(shù);2013年12期

6 李峰;于治樓;姜凱;;加密算法在SOC中的設(shè)計實現(xiàn)[J];信息技術(shù)與信息化;2009年04期

7 劉穎;SOC中的常用互連總線[J];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年04期

8 ;大唐微電子選擇安捷倫業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的93000 SoC系列進(jìn)行通信SoC測試[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2004年10期

9 李效白;錢劍敏;馮曉;;基于SOC的細(xì)紗機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J];中國科技信息;2009年18期

10 侯恩廣;喬昕;劉廣敏;李楊;;動力鋰電池SOC估計的建模與仿真[J];計算機(jī)仿真;2014年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 張志敏;;聚芯SoC,讓嵌入式系統(tǒng)簡單化![A];全國第一屆信號處理學(xué)術(shù)會議暨中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會信號處理分會籌備工作委員會第三次工作會議�？痆C];2007年

2 王志華;;SOC集成電路研究的若干問題[A];中國通信集成電路技術(shù)與應(yīng)用研討會文集[C];2006年

3 王金華;馬肇民;汪艷;;養(yǎng)路工慢病危險因素SOC模型干預(yù)效果分析[A];2012年鐵路衛(wèi)生防疫學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

4 楊年宏;王偉;岳學(xué)民;陳田;;一種熱量敏感的3D SoC并行測試方法研究[A];第六屆中國測試學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

5 魏淑華;侯明金;;SoC中混合信號測試與可測性設(shè)計研究[A];第六屆中國測試學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

6 石璞;;基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的AMR鋰電池SOC估計[A];第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集（3）[C];2008年

7 江燕輝;張金藝;林峰;王佳;;多時鐘域SOC的TAM優(yōu)化與測試調(diào)度[A];第五屆中國測試學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

8 何耀;劉興濤;陳立;張陳斌;陳宗海;;基于無跡卡爾曼粒子濾波算法的動力鋰電池SOC估計[A];Proceedings of 14th Chinese Conference on System Simulation Technology & Application(CCSSTA’2012)[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;科技部啟動超大規(guī)模集成電路SOC專項[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2000年

2 記者 謝耕發(fā);超大規(guī)模集成電路SOC專項預(yù)啟動[N];科技日報;2000年

3 本報記者 那罡;東軟SOC讓企業(yè)安全狀況一目了然[N];中國計算機(jī)報;2011年

4 福建移動通信有限責(zé)任公司網(wǎng)絡(luò)部 洪順安;SOC變更電信安全秩序[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2005年

5 京微雅格市場總監(jiān) 竇祥峰;轉(zhuǎn)向多系統(tǒng)集成SoC 提供FPGA易用平臺是關(guān)鍵[N];中國電子報;2013年

6 本報記者 程鴻;南航SOC正傳[N];計算機(jī)世界;2002年

7 本報記者 谷艷麗;SOC改變“發(fā)現(xiàn)漏洞、亡羊補(bǔ)牢”老套路[N];中國計算機(jī)報;2011年

8 本報記者 邊歆;SOC規(guī)范安全運(yùn)維[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2010年

9 本報記者 那罡;運(yùn)營商SOC再升級[N];中國計算機(jī)報;2009年

10 本報記者 吳瑋;SOC下一站：互聯(lián)網(wǎng)信息監(jiān)控[N];中國計算機(jī)報;2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 蔣志迪;可編程媒體處理系統(tǒng)芯片（SoC）結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D];浙江大學(xué);2005年

2 廖永波;SOC軟硬件協(xié)同方法及其在FPGA芯片測試中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2010年

3 唐杉;基于片上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的SoC調(diào)試技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2008年

4 耿爽;SOC通道在組胺誘導(dǎo)的人樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)的Th_2反應(yīng)中的作用研究[D];武漢大學(xué);2012年

5 李嬌;層次化SOC可測性架構(gòu)及測試調(diào)度優(yōu)化策略研究[D];上海大學(xué);2014年

6 高峰;HEV用金屬氫化物鎳電池SOC估測方法研究[D];武漢大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐志鵬;寬電壓SoC的自適應(yīng)電壓頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計[D];東南大學(xué);2015年

2 王闖;鋰電池SOC估算方法及串聯(lián)電池組一致性研究[D];東北大學(xué);2014年

3 張迪;大容量串聯(lián)鋰電池SOC估算及均衡控制[D];燕山大學(xué);2016年

4 王耀杰;基于SoC的高速運(yùn)動線纜表觀字符實時光電檢測系統(tǒng)研究[D];電子科技大學(xué);2016年

5 王志浩;基于SOC的串聯(lián)儲能鋰電池組均衡策略研究[D];廣西大學(xué);2016年

6 李延聰;SoC總線測試平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D];青島大學(xué);2007年

7 祁建佳;基于改進(jìn)型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蓄電池SOC檢測方法研究與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2015年

8 齊洋洋;電動汽車鋰電池SOC估計研究[D];重慶大學(xué);2015年

9 李涅;適用于SoC的高性能低壓差線性穩(wěn)壓器設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2014年

10 惠遼遼;近30年縣域基本農(nóng)田與非基本農(nóng)田SOC動態(tài)對比[D];重慶師范大學(xué);2014年

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本文編號：907638