本文選題：機(jī)器視覺 + 嵌入式系統(tǒng)��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：基于機(jī)器視覺的色選系統(tǒng)是一種智能化的篩選設(shè)備,一般涉及到光學(xué)成像、圖像處理和電信號(hào)控制等方面。目前,色選系統(tǒng)中的圖像信號(hào)處理過程多應(yīng)用計(jì)算機(jī)作為控制核心,存在體積大、篩選效率低等弊端。如今,嵌入式技術(shù)的跨越式發(fā)展為色選系統(tǒng)提供了新的思路和方法,而黑白色選設(shè)備以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用。因此本文研究基于機(jī)器視覺的嵌入式黑白色選系統(tǒng),以FPGA為控制核心,具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高的特點(diǎn),在工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以黑白線陣CCD相機(jī)為傳感元件,以Xilinx公司的Spartan-3E系列的XC3S500E芯片為處理核心,設(shè)計(jì)并制作FPGA主控電路板和輸出驅(qū)動(dòng)電路板。利用FPGA的IP核技術(shù)在其內(nèi)部建立雙口RAM,實(shí)現(xiàn)物料信息的讀取和存儲(chǔ)的分離控制。由于光照不均現(xiàn)象會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來偏差,因此采用VHDL硬件描述語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)視覺數(shù)據(jù)補(bǔ)正功能,對(duì)像素灰度值進(jìn)行非線性補(bǔ)償,再編程實(shí)現(xiàn)比較判斷以及延時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)等功能。驅(qū)動(dòng)電路通過對(duì)氣閥的開通與關(guān)斷進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)殘次品的剔除。以稻米檢測(cè)為研究對(duì)象,應(yīng)用MATLAB仿真工具對(duì)多種圖像處理算法進(jìn)行研究,并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),使其適用于FPGA色選設(shè)備,主要包括:采用不同的濾波算法對(duì)圖像進(jìn)行去噪,并對(duì)處理結(jié)果應(yīng)用邊緣檢測(cè)算子進(jìn)行對(duì)比分析,最終選取并改進(jìn)了中值濾波算法。采用圖像分割算法得到二值化的稻米圖像,再采用改進(jìn)的形態(tài)學(xué)處理算法,去除圖像中的小噪聲及瑕疵點(diǎn),平滑物體的輪廓。采用圖像連通區(qū)域標(biāo)記算法,對(duì)稻米圖像中的各個(gè)籽粒進(jìn)行有效識(shí)別。同時(shí)對(duì)稻米外觀檢測(cè)算法進(jìn)行研究,通過輪廓跟蹤獲取稻米籽粒的邊界輪廓,再求取最小外接矩形計(jì)算出籽粒的長(zhǎng)短軸,從而得到粒型信息。通過設(shè)置合適的灰度閾值,實(shí)現(xiàn)對(duì)異色米的檢測(cè)。分析不同圖像處理算法的硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn),將圖像處理算法移植到嵌入式黑白色選系統(tǒng)上。采用VHDL硬件描述語(yǔ)言,在Xilinx公司的ISE13.4開發(fā)工具下編寫改進(jìn)的中值濾波優(yōu)化算法、圖像二值化算法、形態(tài)學(xué)處理算法和連通區(qū)域標(biāo)記算法,并測(cè)試每個(gè)算法的處理效果和運(yùn)行時(shí)間,最后實(shí)現(xiàn)稻米的粒型參數(shù)和異色米的檢測(cè)。
[Abstract]:The color selection system based on machine vision is a kind of intelligent screening equipment, which involves optical imaging, image processing and electrical signal control. At present, the computer is used as the control core in the image signal processing in the color selection system, which has the disadvantages of large volume and low screening efficiency. Nowadays, the leapfrog development of embedded technology provides new ideas and methods for color separation system, and black and white color separation equipment has been widely used because of its advantages of simple structure and high performance to price ratio. Therefore, this paper studies the embedded black and white color selection system based on machine vision, with FPGA as the control core, which has the characteristics of good real-time and high reliability, and has a broad application prospect in the fields of industry and agriculture. In this paper, the main control circuit board and the output driving circuit board of FPGA are designed and fabricated by taking the black and white linear CCD camera as the sensing element and the XC3S500E chip of Xilinx Company as the processing core. The dual port RAM is built by IP technology of FPGA to realize the separation control of reading and storage of material information. Because the uneven illumination will bring deviation to the measurement result, the VHDL hardware description language is used to realize the correction function of the visual data, and the pixel gray value is compensated for nonlinearity. Reprogramming to achieve comparative judgment and delay output drive signal and other functions. The drive circuit controls the opening and closing of the valve to eliminate the defective products. Taking rice detection as the research object, using MATLAB simulation tools to study various image processing algorithms, and improve them to make them suitable for FPGA color sorting equipment, including: using different filtering algorithms for image denoising. Finally, the median filtering algorithm is selected and improved. The binary rice image is obtained by using image segmentation algorithm, and then the improved morphological processing algorithm is used to remove the small noise and defect points in the image and smooth the contour of the object. In this paper, the connected region labeling algorithm is used to identify the grains in the rice image. At the same time, the algorithm of rice appearance detection was studied. The boundary contour of rice grain was obtained by contour tracking, and the grain length axis was calculated by the smallest outer rectangle, and the grain shape information was obtained. By setting the appropriate gray threshold, the detection of different color rice can be realized. The characteristics of hardware implementation of different image processing algorithms are analyzed, and the image processing algorithm is transplanted to embedded black and white color selection system. Using VHDL hardware description language, the improved median filter optimization algorithm, image binarization algorithm, morphological processing algorithm and connected area marking algorithm are compiled under the ISE13.4 development tool of Xilinx Company. The processing effect and running time of each algorithm were tested.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP391.41

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本文編號(hào)：2016894