基于FPGA的金属毛刺视觉检测系统研究与实现

发布时间：2017-09-05 20:13

  本文关键词：基于FPGA的金属毛刺视觉检测系统研究与实现

  更多相关文章： FPGA 视觉检测系统 金属毛刺 实时图像处理

【摘要】：在机械加工行业中,毛刺是金属切削加工中产生的普遍现象之一,直接影响被加工工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。随着机械制造业的发展,人们对金属工件产品质量的要求越来越高,尤其是微小的精密零件。在去除毛刺的工序中,往往需要对所有加工面进行多次的抛光处理,以保证在无监督的状态下尽量减少毛刺可能出现的概率。为了改进传统依靠人工的毛刺检测手段,本文研究利用视觉检测技术实现微小型金属工件边缘毛刺的在线检测。FPGA(Field Programmable Gate Array)作为一种可编程、并行处理的硬件平台在视频图像处理领域受到广泛的关注,为视觉检测技术提供了一种新的处理平台。本文针对微小型工件边缘毛刺的在线视觉检测问题,在FPGA平台上进行了深入的研究,研究的内容主要有下述几个方面:研究微小型工件图像的预处理算法和毛刺检测算法。分析工件边缘毛刺的分布特点,利用传统的边缘检测算子实现工件边缘的提取,利用形态学方法来去除边缘提取后出现的噪声,降低对毛刺检测算法的干扰。通过分析工件的边缘二值图像,提出一种基于数据驱动的边缘信息异常检测算法,实现图像中工件棱边的毛刺检测和定位。搭建以FPGA为核心处理器件的视觉图像采集和处理系统,并实现金属边缘毛刺检测算法在FPGA中的稳定运行。设计数据采集和缓存模块,方便图像的实时缓存和处理。采用并行流水线架构,使得毛刺检测算法的各个子算法模块间可以方便的级联,大大缩短了时间开销。最后将检测结果显示在LCD上,实现了金属毛刺检测结果的实时显示。算法分析和测试结果表明,本文中基于FPGA的视觉检测系统在设定的光照环境下,能够很好的定位工件边缘毛刺的位置,并且对不同形态的边缘毛刺的检测结果都有很好的鲁棒性,达到了预期的检测目的。
【关键词】：FPGA 视觉检测系统 金属毛刺 实时图像处理
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.692;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 课题背景及意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.2.1 机器视觉的概述和国内外研究现状17-18
• 1.2.2 视觉检测研究现状18-19
• 1.3 论文的主要任务和章节安排19-22
• 1.3.1 论文研究的主要任务19-20
• 1.3.2 论文的内容和章节安排20-22
• 第二章 FPGA设计原理和软件开发平台22-32
• 2.1 现场可编程门阵列（FPGA）22
• 2.2 FPGA在图像处理中的优势22-24
• 2.3 FPGA数字系统的开发原理24-27
• 2.3.1 FPGA设计流程24-25
• 2.3.2 FPGA设计原则25-27
• 2.4 开发平台和系统设计软件27-29
• 2.5 时钟管理单元29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 系统整体设计方案和图像采集与处理系统设计32-50
• 3.1 系统整体设计方案和硬件选型32-35
• 3.1.1 系统总体结构32
• 3.1.2 光学系统的设计32-34
• 3.1.3 数据缓存器件选型34
• 3.1.4 显示系统设计34-35
• 3.2 图像采集和处理总体结构设计35
• 3.3 FPGA与摄像头的接口设计和图像采集模块35-39
• 3.3.1 摄像头参数配置和数据输出协议35-37
• 3.3.2 摄像头配置模块设计37-38
• 3.3.3 图像采集模块设计38-39
• 3.4 FPGA与SDRAM的接口模块设计39-45
• 3.4.1 设计背景和SDRAM概述39
• 3.4.2 SDRAM基本工作原理39-40
• 3.4.3 SDRAM控制器外部接口和总体设计框图40-41
• 3.4.4 SDRAM控制器各模块的设计41-45
• 3.5 FIFO模块设计45-47
• 3.5.1 跨时钟域问题45-46
• 3.5.2 异步FIFO的FPGA实现46-47
• 3.6 显示模块设计47-49
• 3.6.1 VGA接口时序47-48
• 3.6.2 VGA显示模块的FPGA实现48-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第四章 毛刺检测算法设计和图像处理模块的FPGA实现50-70
• 4.1 金属毛刺检测的一般过程50
• 4.2 毛刺检测算法的设计50-62
• 4.2.1 图像预处理50-60
• 4.2.2 毛刺检测算法60-62
• 4.3 图像处理模块的FPGA实现62-68
• 4.3.1 图像处理模块实现架构62-63
• 4.3.2 图像预处理模块的实现63-67
• 4.3.3 毛刺检测模块的实现67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 基于FPGA的金属毛刺在线检测系统的测试及分析70-78
• 5.1 数据缓存模块测试结果70-71
• 5.2 图像处理模块测试结果71-72
• 5.2.1 边缘检测子模块测试结果71
• 5.2.2 形态学处理子模块测试结果71-72
• 5.2.3 毛刺检测模块的测试结果72
• 5.3 检测系统的标定72-73
• 5.4 检测系统的测试结果及检测效果73-78
• 5.4.1 预处理模块实现结果73-74
• 5.4.2 毛刺检测整体效果74
• 5.4.3 检测系统的资源分析及实际检测测试74-78
• 第六章 总结及展望78-80
• 6.1 本文总结78
• 6.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 作者简介86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 邹晨;;FPGA设计中跨时钟域信号同步方法[J];航空计算技术;2014年04期

2 李科;唐波;高辉;;基于FPGA图像处理的原理及应用[J];科技创新导报;2012年23期

3 朱士虎;朱红;何培忠;;形态学运算中结构元素选取方法研究[J];现代计算机(专业版);2009年07期

4 赵永建;段国东;李苗;;集成电路中的多时钟域同步设计技术[J];计算机工程;2008年09期

5 陈爱华;高诚辉;何炳蔚;;计算机视觉中的摄像机标定方法[J];中国工程机械学报;2006年04期

6 邓春健;王琦;徐秀知;冯永茂;郑喜凤;;基于FPGA和ADV7123的VGA显示接口的设计和应用[J];电子器件;2006年04期

7 曹华 ,邓彬;使用Verilog实现基于FPGA的SDRAM控制器[J];今日电子;2005年01期

8 陈世平,罗辑,石军;金属切削加工中的毛刺问题[J];机械设计与制造;2004年01期

9 段发阶,张健新,叶声华,王春和;计算机视觉技术在电子网板检测中的应用研究[J];光电工程;1996年02期

，

本文编号：800028