高速运动线缆表观检测中全景图像采集系统的研究

发布时间：2017-08-25 21:07

  本文关键词：高速运动线缆表观检测中全景图像采集系统的研究

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【摘要】：电线电缆行业为国家基础建设的重要产业。目前国内线缆生产线对线缆表观质量检测主要是通过人工目检,效率低,误检率高。近年来,机器视觉技术快速发展,机器视觉系统在工业检测中具有无接触、检测效率高和误检率低等优点。国外的机器视觉技术研究起步较早,技术成熟,国内对机器视觉技术研究起步较晚,国内尚未出现应用于线缆表观检测的机器视觉技术。研究具有自主知识产权的基于机器视觉技术的线缆表观检测系统具有重要意义。机器视觉系统的核心为图像采集和图像处理,图像采集系统所采集的图像质量直接影响图像处理系统的处理效果。本文设计了基于Zynq的线缆表观检测系统中的全景图像采集系统,主要研究内容分为三个部分。首先,设计线缆表观全景360°图像采集光学系统。为了实现对线缆表观全景360°图像采集,设计基于平面镜系统的光学平台,根据图像处理系统需求和线缆运动速度,选择合适的相机和镜头。实验结果表明,该光学系统可以采集直径为6.53 mm线缆表观全景图像,像素分辨率为22.5?m。然后,设计图像采集传输电路。为了解决高速LVDS差分传输线阻抗匹配、时序和高速信号串扰问题,采用了蛇形等长布线技术、阻抗控制技术和信号隔离技术等,设计了Camera Link转FMC子卡,将串行的Camera Link协议图像数据解串成并行的图像数据,通过FMC接口,输入到Zynq内。最后,设计Zynq内FPGA逻辑电路。为了实现高速Camera Link图像数据采集、缓存、预处理和显示,使用了并行处理技术、流水线技术、乒乓操作技术、同步电路设计技术、总线互联技术等,设计了相机触发模块、图像数据采集模块、图像预处理模块、HDMI显示驱动模块等。实验结果表明,该系统能够采集帧率50 fps、分辨率1600×1200、256灰度级的图像,全高清图像HDMI输出,HDMI接口显示器显示。在模拟线缆生产线实验平台上调试图像采集整机系统,实验结果结合理论分析可知,本文所设计系统在相机曝光时间设置为20?s时,可以采集运动速度1 m/s,直径6.53 mm的线缆表观全景图像,图像清晰,畸变小,能够满足工业检测需求。据我们查阅国内外重要数据库的结果,通过单个相机结合光学平台实现对圆柱形线缆表观全景360°图像采集的方法国内未见报道。
【关键词】：机器视觉 图像采集 光学平台 线缆
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 引言11
• 1.2 论文研究背景及国内外研究现状11-13
• 1.3 论文解决的问题和创新点13-14
• 1.4 论文的主要研究内容和结构安排14-16
• 第二章 图像采集系统关键技术及硬件平台16-32
• 2.1 机器视觉系统16-17
• 2.2 嵌入式机器视觉系统17-18
• 2.3 硬件平台18-27
• 2.3.1 Zynq-7000简介18-20
• 2.3.2 软硬件联合设计技术20-21
• 2.3.3 AMBA4.0 总线21-27
• 2.3.3.1 AXI4总线21-25
• 2.3.3.2 AXI4-lite总线25-26
• 2.3.3.3 AXI4-stream总线26-27
• 2.4 图像预处理算法研究27-31
• 2.4.1 差分法去除图像复杂背景27-30
• 2.4.2 图片边缘剪裁30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 图像采集系统总体方案设计32-39
• 3.1 图像采集系统总体概述32
• 3.2 光学系统概述32-33
• 3.3 硬件电路系统总体概述33-38
• 3.3.1 AXI interconnect IP核35-36
• 3.3.2 相机触发与图像数据采集模块36-37
• 3.3.3 AXI VDMA IP核37
• 3.3.4 MIG IP核37
• 3.3.5 图像预处理模块37
• 3.3.6 HDMI显示驱动模块37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 光学系统设计39-51
• 4.1 光学平台设计39-44
• 4.1.1 光路设计39-41
• 4.1.2 光学平台41-44
• 4.2 光源设计44-45
• 4.3 相机选型研究45-48
• 4.3.1 相机分辨率和曝光时间46
• 4.3.2 相机帧率46
• 4.3.3 相机数据输出接口46-48
• 4.4 镜头选型研究48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 图像采集系统主要功能模块设计及仿真测试51-78
• 5.1 相机图像数据采集51-59
• 5.1.1 图像采集传输电路设计51-54
• 5.1.2 相机图像数据采集逻辑电路设计54-57
• 5.1.3 相机图像数据采集逻辑电路仿真测试57-59
• 5.2 AXI VDMA功能仿真测试59-65
• 5.2.1 AXI VDMA简介59-62
• 5.2.2 AXI VDMA实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显示驱动设计65-75
• 5.3.1 HDMI简介65-69
• 5.3.2 HDMI驱动逻辑设计69-73
• 5.3.3 HDMI驱动寄存器初始化配置73-74
• 5.3.4 HDMI驱动功能仿真测试74-75
• 5.4 图像预处理模块75-77
• 5.4.1 图像预处理模块逻辑电路设计75-76
• 5.4.2 图像预处理模块功能仿真测试76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 图像采集系统整体测试78-89
• 6.1 实验平台78-79
• 6.2 光学平台测试79-81
• 6.3 图像采集系统测试81-87
• 6.3.1 Zynq启动81-82
• 6.3.2 系统测试82-87
• 6.4 图像处理系统与图像采集系统联合测试87-88
• 6.5 本章小结88-89
• 第七章 总结和展望89-91
• 7.1 本文工作总结89-90
• 7.2 研究方向展望90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 攻读硕士期间取得的研究成果96-97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘金桥;吴金强;;机器视觉系统发展及其应用[J];机械工程与自动化;2010年01期

2 朱金权;;SolidWorks软件在机械设计中的应用与研究[J];新技术新工艺;2009年02期

3 张艳;基于DSP的机器视觉系统设计[J];现代电子技术;2005年11期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张静;PCB表观缺陷的自动光学检测理论与技术[D];电子科技大学;2013年

2 张阳;仿人眼的结构原理和关键视觉技术研究[D];浙江大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 杨健鸷;基于FPGA的工业相机图像采集系统的设计与实现[D];电子科技大学;2013年

2 史鹏飞;基于DM6437的嵌入式机器视觉系统的研究与开发[D];江南大学;2011年

3 胡振国;基于ARM的嵌入式软硬件系统设计与实现[D];电子科技大学;2010年

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本文编号：738206