基于FPGA的阴影莫尔测量系统关键技术研究

发布时间：2021-01-25 02:50

　　相位阴影莫尔三维测量技术,因其非接触、测量精度高、价格便宜等优点而受到人们的重视和研究,并在当前光学3D传感测量技术中应用非常广泛。传统的相位阴影莫尔测量系统都是基于计算机进行图像采集和处理,由于PC机图像测量系统功能较多、结构复杂且体积较大,这使得其方法产生了采集速率不高、功耗较大等一系列问题。再者,由于软件的串行特性本质,在大量数据下使其处理能力进行处理运算的实时性难以提高,无法适合当前的工业测量需求。在国家自然基金的支持下,本课题提出建立一种便携、高效、可靠的快速莫尔测量法。主要完成工作如下:（1）首先研究了相位阴影莫尔测量原理,搭建了测量装置,进行了测量实验,然后分析了传统阴影莫尔测量装置的不足。（2）提出了以FPGA为控制器的阴影莫尔三维图像处理方法。以FPGA为核心,实现了阴影莫尔系统图像的采集、存储、处理等工作。提出的方法可以完成莫尔图像的采集、降噪和获取初始相位信息以及相位去包裹。最后将相位信息传至上位机得到被测物体的三维形貌。（3）开展了系统标定及三维形貌测量实验。提出了一种基于立体视觉技术的阴影莫尔几何参数标定方法。该方法无须额外加工靶标,可以自动求取几何结构参数,... 

【文章来源】：西安工业大学陕西省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 相移法测量方式研究
        1.2.2 系统标定方法研究
        1.2.3 嵌入式测量研究
        1.2.4 随机相移算法研究
    1.3 课题研究的主要内容
2 阴影莫尔测量系统设计方案
    2.1 相移阴影莫尔测量原理
    2.2 测量装置结构设计
        2.2.1 光栅加工和光栅板夹具的设计
        2.2.2 光栅相移器设计与安装
        2.2.3 相机部分结构设计
        2.2.4 总体结构设计
    2.3 测量实验
    2.4 测量实验分析与优化
        2.4.1 测量实验分析
        2.4.2 测量方案优化
    2.5 本章小结
3 基于FPGA的阴影莫尔控制系统设计
    3.1 测量系统总体方案设计
        3.1.1 系统总体框架
        3.1.2 系统任务模块划分
        3.1.3 系统的工作流程
    3.2 测量系统采集模块设计
        3.2.1 摄像头模块简介
        3.2.2 摄像头模块配置
        3.2.3 显示模块设计
    3.3 测量系统存储模块设计
        3.3.1 SDRAM框架设计
        3.3.2 SDRAM上电初始化设计
        3.3.3 SDRAM工作模式设计
        3.3.4 SDRAM交互模块设计
        3.3.5 实验验证
    3.4 测量系统图像处理模块设计
        3.4.1 基于FPGA的预处理去噪设计
        3.4.2 基于FPGA的相位解调设计
    3.5 本章小结
4 阴影莫尔测量系统标定方法研究
    4.1 测量系统标定方案
    4.2 光源与CCD相机间的距离d
        4.2.1 摄像机标定原理
        4.2.2 张正友双目标定实验
    4.3 光源和相机平面与光栅的距离h
        4.3.1 双目测距几何原理
        4.3.2 双目测距实验
    4.4 光栅常数p
    4.5 本章小结
5 随机阴影莫尔轮廓术的研究
    5.1 原理
    5.2 实验验证
        5.2.1 仿真分析
        5.2.2 数值实验
    5.3 本章小结
6 相移阴影莫尔法测量误差分析
    6.1 结构参数误差
        6.1.1 光栅常数误差
        6.1.2 光源和相机平面与光栅的距离误差
        6.1.3 光源与相机间的距离误差
    6.2 蒙特卡罗误差传递分析
        6.2.1 原理
        6.2.2 仿真实验
    6.3 其他误差
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于蒙特卡洛法的结构可靠性分析[J]. 王元帅,刘玉石,朱宜生.  环境技术. 2018(05)
[2]蒙特卡洛自适应法评定测量不确定度的程序设计[J]. 刘芳,张路楠,刘莹,赵文杰,宋锋.  计量技术. 2018(05)
[3]航发叶片型面激光点云三维重构误差分析[J]. 孙彬,杜虎兵,王建华,李兵.  光子学报. 2018(05)
[4]二帧随机相移条纹图相移提取算法研究[J]. 杜虎兵,颜菁菁,王建华.  激光与光电子学进展. 2018(03)
[5]相移阴影莫尔条纹正交化解调技术[J]. 杜虎兵,颜菁菁.  光子学报. 2017(07)
[6]分布式移动农业病虫害图像采集与诊断系统设计与试验[J]. 姚青,张超,王正,杨保军,唐健.  农业工程学报. 2017(S1)
[7]基于正则化主量分析的相移阴影叠栅解调技术[J]. 杜虎兵,艾永旭.  激光与光电子学进展. 2016(10)
[8]二帧变换光源阴影莫尔技术研究[J]. 周宪,杜虎兵,王建华.  光子学报. 2016(02)
[9]一种改进的施密特正交化两步相移算法[J]. 牛文虎,钟丽云,孙鹏,罗春姝,吕晓旭.  中国激光. 2015(06)
[10]基于Nios Ⅱ和GigE Vision的图像采集系统[J]. 熊如刚,闫连山,赵明杰.  电子测量技术. 2013(04)

硕士论文
[1]便携式自动超声波无损探伤精准定位装置系统设计[D]. 陈福.西安理工大学 2018
[2]基于FPGA的虹膜图像采集系统的设计与实现[D]. 张宽.内蒙古大学 2018
[3]阴影莫尔测量装置及其调整技术的研究[D]. 颜菁菁.西安工业大学 2018
[4]基于结构光的玻璃面板缺陷检测方法研究[D]. 陈红丽.电子科技大学 2018
[5]基于多项式拟合法的航空压气机叶片三维测量系统标定研究[D]. 冀红彬.河北工业大学 2017
[6]数字莫尔技术用于测量薄膜厚度的研究[D]. 刘奕辰.西安工业大学 2013
[7]摄像机标定与三维重建研究[D]. 陈西.北京化工大学 2007



本文编号：2998413