基于实时图像处理的导爆管下药量检测技术研究
发布时间：2020-09-22 21:42
塑料导爆管为了维持正常冲击波向前传输,其内壁导爆药粉必须分布均匀且含量不能过高和过低。导爆管生产过程中下药环节与成品导爆管检测环节距离10m,传统检测方式具有很大的滞后性导致一旦出现药粉含量不合格的情况会浪费导爆管原材料和生产时间,无法满足实时信息反馈。本文使用非接触图像处理检测方式,通过高帧率摄像头对下药过程实时数据采集,利用连续两帧图像拼接技术获取每帧图像中包含的药粉成像信息,并去除连续两帧图像中重复部分,根据获取的药粉成像面积计算出药粉实际含量。本系统使用ZYNQ 7020开发平台,使用Vivado HLS工具设计图像预处理IP核,图像首先经可编程逻辑部分自定义硬件IP核图像预处理模块后将敏感区域图像截取传输至处理器系统。在ARM端基于OpenCV库函数对连续两帧图像分别基于SIFT、SURF和FAST特征提取和匹配分析,通过比较这三种特征提取、匹配的准确率和耗时,最终选用FAST特征提取和基于ORB特征匹配方式得到目标图像,最后根据目标图像中药粉面积计算出下药机每秒下药量。本设计方案采用软硬协同的方式,以硬件高速并行的优势结合软件灵活的特点,实现实时检测导爆管下药机每秒下药的药量,具有实时性好,检测效果稳定等优势。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ565.4;TP391.41
【部分图文】：
基于实时图像处理的导爆管下药量检测技术研宄逡逑２总体方案介绍逡逑由于导爆管下药机是基于螺旋下压式结构，如图２．１所示，存储仓中的药粉量与逡逑旋转轴转速共同决定了下药机单位时间内下药量，药粉仓中药粉量越大，其药粉自重逡逑对下部分药粉压力越大，因此固定旋转速度时，单位时间内下药量会随药粉量减少而逡逑变慢，此时可以加快旋转速度使每秒下药量保持恒定。由于旋转轴螺纹间距一定，在逡逑某一时刻只有一个下落口，因此下落的药粉基本呈棒状下落，且同一平面上不会产生逡逑前后堆叠成像的情况。由于单粒药粉比较轻，且下药检测过程不能接触火药粉，因此逡逑不可以使用接触式测量方案对药粉量进行检测，只能通过药粉成像面积计算出药粉量。逡逑Ｖ＞逡逑‘药粉＾逡逑｜逦？逦？逡逑＜逦？逡逑？逦？逡逑ＵＵ逡逑图２．１导爆管下药原理逡逑导爆管下药实时检测方案如图２．２，将高速ＵＳＢ摄像头固定在垂直于药粉下落方逡逑向
，、和实现ＦＰＧＡ部分ＩＰ核驱动，最终实现软硬件协同操作。逡逑ｉｎｘ公司提供了基于ＧＮＵ的交叉编译工具，如ａｒｍ－ｘｉＨｎｘ－ｌｉｎｕｘ－ｇｎｕｅａｂｉ－ｇｃｘ－ｌｉｎｕｘ－ｇｎｕｅａｂｉ－ｇｄｂ等，使用交叉编译工具可以将程序在ＰＣ机中直接编可执行的文件而不需要二次编译，这样可以在电脑虚拟机Ｕｂｕｎｔｕ系统下而不需要频繁传输到ＺＹＮＱ开发板中。逡逑ＮＱ７０２０开发平台使用了邋Ｘｉｌｉｎｘ公司型号为ＺＹＮＱ７０００系列的芯片，该系理器系统部分ＰＳ和可编程逻辑部分ＰＬ部分，这两个部分可以单独运行。邋Ｃｏｒｔｅｘ－Ａ９上能运行Ａｎｄｒｏｉｄ、Ｌｉｎｕｘ等操作系统，支持灵活设计和一些频为７６７ＭＨｚ。可编程逻辑部分是基于Ｘｉｌｉｎｘ邋７系列架构，该系列架构艺实现了高性能低功耗。其ＡＲＭ＋ＦＰＧＡ架构通过ＡＸＩ４总线互联，ＡＲＭ制ＦＰＧＡ中的功能模块，实现ＦＰＧＡ的灵活配置和高效利用。工程上一Ｍ为处理核心，根据需求配置可编程逻辑模块，实现工程上的硬件加速，果通过ＡＸＩ总线传输至ＡＲＭ中，既避免了邋ＡＲＭ单独运行算法时的串行又规避了邋ＦＰＧＡ对于某些功能实现的复杂化，将ＡＲＭ和ＦＰＧＡ协同处理能，同时又具有很强的灵活性，其总体框架如图２．５所示：逡逑－－—逡逑
三个通道的数据分别分配到对应的传输通道中发出去；当接收端接收到ＨＤＭＩ串行数逡逑据时，对该数据解码并将串行数据转换成并行数据，最后发送到显示器控制端，ＨＤＭＩ逡逑原理图如图２．６所示：逡逑ＶＣＣ３＞／Ｓ逦ＶＣＣ３Ｋ３逦ＶＣＣＳＶ３逦ＶＣＣ３ＶＳ逡逑—＆逦胁邋＆邋Ｊ逦Ｉ逡逑！邋｜逦Ｉ逦ｊ逦Ｉ逦ｒ±逦逡逑言~栂螅漳刀珏澹纾螅剑剑ㄥ义希箦澹睿澹掊澹迹迹鰳腻危儒五危薄掊濉鲥澹у澹В赍澹诲澹樱樱义希危耍担浚蓿撸樱殄澹隋澹迹苠危五五澹垮危卞危殄危″危辏澹模唬危颍惧义希慑鍣
本文编号：2824959
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ565.4;TP391.41
【部分图文】：
基于实时图像处理的导爆管下药量检测技术研宄逡逑２总体方案介绍逡逑由于导爆管下药机是基于螺旋下压式结构，如图２．１所示，存储仓中的药粉量与逡逑旋转轴转速共同决定了下药机单位时间内下药量，药粉仓中药粉量越大，其药粉自重逡逑对下部分药粉压力越大，因此固定旋转速度时，单位时间内下药量会随药粉量减少而逡逑变慢，此时可以加快旋转速度使每秒下药量保持恒定。由于旋转轴螺纹间距一定，在逡逑某一时刻只有一个下落口，因此下落的药粉基本呈棒状下落，且同一平面上不会产生逡逑前后堆叠成像的情况。由于单粒药粉比较轻，且下药检测过程不能接触火药粉，因此逡逑不可以使用接触式测量方案对药粉量进行检测，只能通过药粉成像面积计算出药粉量。逡逑Ｖ＞逡逑‘药粉＾逡逑｜逦？逦？逡逑＜逦？逡逑？逦？逡逑ＵＵ逡逑图２．１导爆管下药原理逡逑导爆管下药实时检测方案如图２．２，将高速ＵＳＢ摄像头固定在垂直于药粉下落方逡逑向
，、和实现ＦＰＧＡ部分ＩＰ核驱动，最终实现软硬件协同操作。逡逑ｉｎｘ公司提供了基于ＧＮＵ的交叉编译工具，如ａｒｍ－ｘｉＨｎｘ－ｌｉｎｕｘ－ｇｎｕｅａｂｉ－ｇｃｘ－ｌｉｎｕｘ－ｇｎｕｅａｂｉ－ｇｄｂ等，使用交叉编译工具可以将程序在ＰＣ机中直接编可执行的文件而不需要二次编译，这样可以在电脑虚拟机Ｕｂｕｎｔｕ系统下而不需要频繁传输到ＺＹＮＱ开发板中。逡逑ＮＱ７０２０开发平台使用了邋Ｘｉｌｉｎｘ公司型号为ＺＹＮＱ７０００系列的芯片，该系理器系统部分ＰＳ和可编程逻辑部分ＰＬ部分，这两个部分可以单独运行。邋Ｃｏｒｔｅｘ－Ａ９上能运行Ａｎｄｒｏｉｄ、Ｌｉｎｕｘ等操作系统，支持灵活设计和一些频为７６７ＭＨｚ。可编程逻辑部分是基于Ｘｉｌｉｎｘ邋７系列架构，该系列架构艺实现了高性能低功耗。其ＡＲＭ＋ＦＰＧＡ架构通过ＡＸＩ４总线互联，ＡＲＭ制ＦＰＧＡ中的功能模块，实现ＦＰＧＡ的灵活配置和高效利用。工程上一Ｍ为处理核心，根据需求配置可编程逻辑模块，实现工程上的硬件加速，果通过ＡＸＩ总线传输至ＡＲＭ中，既避免了邋ＡＲＭ单独运行算法时的串行又规避了邋ＦＰＧＡ对于某些功能实现的复杂化，将ＡＲＭ和ＦＰＧＡ协同处理能，同时又具有很强的灵活性，其总体框架如图２．５所示：逡逑－－—逡逑
三个通道的数据分别分配到对应的传输通道中发出去；当接收端接收到ＨＤＭＩ串行数逡逑据时，对该数据解码并将串行数据转换成并行数据，最后发送到显示器控制端，ＨＤＭＩ逡逑原理图如图２．６所示：逡逑ＶＣＣ３＞／Ｓ逦ＶＣＣ３Ｋ３逦ＶＣＣＳＶ３逦ＶＣＣ３ＶＳ逡逑—＆逦胁邋＆邋Ｊ逦Ｉ逡逑！邋｜逦Ｉ逦ｊ逦Ｉ逦ｒ±逦逡逑言~栂螅漳刀珏澹纾螅剑剑ㄥ义希箦澹睿澹掊澹迹迹鰳腻危儒五危薄掊濉鲥澹у澹В赍澹诲澹樱樱义希危耍担浚蓿撸樱殄澹隋澹迹苠危五五澹垮危卞危殄危″危辏澹模唬危颍惧义希慑鍣
本文编号：2824959
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