基于机器视觉的工程机械行走速度测量系统研究

发布时间：2020-12-20 12:39

　　工程机械行走装置在产生牵引力时不可避免会发生滑转,造成工程机械行走速度的损失而形成滑转功率,引起工程机械作业效率降低,耗能增加。因此通过对行走速度的研究实从而现对滑转的控制、调节使工程机械处于最佳工作状态至关重要。但工程机械行走速度受地面附着性能、作业载荷、轮胎胎压等综合因素的影响,使得在工程机械运动中较难实现实时、准确的测量。因此实现工程机械实际行走速度及滑转率的高精度测量成为滑转控制亟待解决的问题。基于此,本文在分析现有速度测量技术的基础上,设计开发了基于机器视觉的工程机械行走速度测量系统,建立了行走速度与序列图像和单幅模糊图像的数学模型;通过工程机械自身的“眼睛”识别地面图像信息,研究了序列图像的相邻帧的全局运动矢量和单幅运动模糊图像的模糊尺度,结合系统的安装参数获得工程机械相对于地面的行走速度。在此基础上自主研发了基于机器视觉的滑转率测量试验平台,并进行了现场试验,验证了行走速度机器视觉测量算法的精度和稳定性,实现了滑转率的测量。主要研究工作如下:（1）设计开发了基于机器视觉的行走速度测量系统,依据系统的功能重点研究了机器视觉测量系统的运动机构、工业相机、镜头、光源、图像采集卡... 

【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 工程机械行走速度测速技术的发展现状
        1.2.1 五轮仪测速技术
        1.2.2 多普勒雷达测速技术
        1.2.3 感应线圈测速技术
        1.2.4 激光测速技术
        1.2.5 GPS测速技术
        1.2.6 工程机械行走速度测量中存在的问题
    1.3 车辆速度的机器视觉测量技术研究现状
        1.3.1 机器视觉的概念及特点
        1.3.2 机器视觉技术的发展现状
        1.3.3 机器视觉测量车辆速度的研究现状
        1.3.4 滑转率测量技术研究现状
    1.4 论文的主要研究内容及各章节安排
第二章 工程机械行走速度机器视觉测量系统的总体设计
    2.1 工程机械行走速度机器视觉测量系统功能
    2.2 工程机械行走速度机器视觉测量系统总体设计
    2.3 系统的硬件设计
        2.3.1 系统运动机构的结构设计
        2.3.2 工业相机的选用
        2.3.3 光源的选用
        2.3.4 光学镜头的选用
        2.3.5 图像采集卡的选用
    2.4 系统的软件设计
    2.5 工程机械行走速度机器视觉测量系统的标定
        2.5.1 机器视觉测量系统的标定概述
        2.5.2 机器视觉测量系统的标定原理
        2.5.3 机器视觉测量系统的标定方法及实验分析
    2.6 本章小结
第三章 行走速度的序列图像测量算法研究与实现
    3.1 序列图像的特点
    3.2 序列图像的全局运动估计模型
    3.3 基于序列图像的行走速度测量模型
    3.4 序列图像的全局运动矢量估计
        3.4.1 全局运动估计原理
        3.4.2 全局运动估计方法
    3.5 基于多窗.灰度投影匹配的全局运动矢量估计算法
        3.5.1 序列图像预处理
        3.5.2 模板窗.的划分
        3.5.3 局部运动矢量估计
        3.5.4 全局运动矢量估计
        3.5.5 算法实验分析
    3.6 行走速度的序列图像测量算法的实现
        3.6.1 实验参数的设定
        3.6.2 序列图像的采集
        3.6.3 实验数据分析
    3.7 本章小结
第四章 行走速度的运动模糊图像测量算法研究与实现
    4.1 模糊图像模型
        4.1.1 模糊图像的一般模型
        4.1.2 匀速直线运动模糊图像的模型
        4.1.3 点扩散函数
    4.2 运动模糊图像的运动信息与行走速度测量模型
        4.2.1 运动模糊图像的运动信息
        4.2.2 基于运动模糊图像的行走速度测量模型
    4.3 基于频谱特征的运动模糊图像参数估计
        4.3.1 运动模糊图像的离散傅立叶变换
        4.3.2 运动模糊图像的频域特征分析
        4.3.3 频谱图像的特征提取
        4.3.4 运动模糊方向的估计
        4.3.5 运动模糊尺度的估计
    4.4 行走速度的运动模糊图像测量算法的实现
        4.4.1 实验参数的设定
        4.4.2 运动模糊图像的采集
        4.4.3 实验数据分析
    4.5 本章小结
第五章 基于机器视觉的工程机械滑转率试验研究
    5.1 轮式行走装置滑转现象分析
        5.1.1 启动滑转
        5.1.2 运动滑转
        5.1.3 滑转-附着
        5.1.4 土壤层滑转
        5.1.5 跳跃滑转
    5.2 试验条件
        5.2.1 试验平台
        5.2.2 试验地面
        5.2.3 试验方案
    5.3 滑转率测量试验
        5.3.1 实际速度与理论速度的测量试验
        5.3.2 行走速度的机器视觉测量试验
        5.3.3 滑转率的测量
    5.4 本章小结
结论
    本文研究内容及结论
    本文的主要创新点
    展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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[2]基于像面运动的事故车辆车速计算[D]. 梅迎.长安大学 2014
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[4]车辆牵引力、速度与滑转率相关性研究[D]. 罗跃辉.河南科技大学 2013
[5]基于滑转率的拖拉机自动耕深控制系统研究[D]. 白学峰.南京农业大学 2012
[6]基于模糊算法的工程机械驱动防滑控制系统的设计与研究[D]. 殷新东.南京农业大学 2011
[7]轮式路面冷铣刨机滑转控制系统研究[D]. 郭宇.长安大学 2010
[8]视频检测系统中的车速检测技术研究[D]. 于艳玲.长安大学 2009
[9]深海集矿机视频测速技术研究[D]. 郑红瑞.中南大学 2008
[10]激光测速系统的设计与实现[D]. 王本超.西安电子科技大学 2007



本文编号：2927879