基于自动调焦的智能化粮库监测装置的研究

发布时间：2020-08-11 12:38

【摘要】：智能化粮库监测系统可以对粮库进行计量,对粮库安全管理具有重大意义。本文研究了一套基于自动调焦的智能化粮库监测装置。在自动调焦的基础上,根据正焦状态的系统参数拟合的函数进行测距,系统的图像采集装置可以实时监控,实现了粮库实时监测和自动计量的全面管理。论文具体的研究工作包括:(1)对比了五种计量技术,选取适用粮库静态环境的基于测距传感技术的计量法;介绍了基于图像处理的自动调焦技术原理和方法。(2)在自动调焦原理的基础上提出了粮库测距系统的原理。分析了光学成像系统成像的原理,根据高斯公式选择了通过改变焦距实现系统清晰成像;通过分析对比离焦深度法和聚焦深度法两种自动调焦方法,采用适合粮库测距系统的聚焦深度法实现自动调焦;在聚焦深度法的基础上提出了测距系统的改进步骤。(3)图像清晰度评价和搜索算法制定是聚焦深度法的两个关键步骤。介绍了图像清晰度计算的预处理方法,即彩色图像转换为灰度图像;通过实验拟合四类评价函数曲线,根据单峰性、无偏性、灵敏度高、鲁棒性和实时性五个标准,选取Brenner函数;介绍了四种典型的搜索算法的原理和步骤,根据准确性、计算量、可行性等标准,选择爬山搜索算法;针对爬山搜索法在实际应用中搜索速度和精度降低的问题,提出了设置合理的调焦步长的优化方法,保证了系统测距的速度和精确度。(4)设计了基于自动调焦的粮库监测装置测距系统的总体方案:上位机显示监控画面,处理图像,下位机采集图像,电机搜索等。分别设计了系统的五个模块,图像采集模块选取USB摄像机,图像传感器为CMOS;图像处理模块采用MATLAB软件来实现图像清晰度评价;电机搜索模块选取两个步进电机控制镜头变焦环和聚焦环,通过改变光学系统中镜组的位置实现调焦,并设计了传动方案和机械固定结构;单片机控制模块通过设置五级步距角实现爬山搜索;通过20组实验测得对应的变焦环和聚焦环的脉冲数,拟合出物距曲线,得到计算物距的分段函数。最后根据测距系统原理说明了测距实验的过程。(5)通过40组实验测得系统的相对误差不超过10%,满足精确度要求,并且从电机搜索,曲线拟合及人为因素分析了误差来源;通过5组重复性试验测得同一距离的方差最大为2.8117,满足稳定性要求;结果证明了该测距系统的可行性。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S379.3;TP391.41

【参考文献】

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本文编号：2789075