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焊缝自动识别与跟踪系统研究

作　者: 赵娜娜
导　师: 黄友锐
学　校: 安徽理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 图像处理小波变换焊缝跟踪 DM642 DSP2812
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着计算机技术的高速发展,制造业正在向自动化、智能化与机器人化发展。本文以自动识别焊缝中心为目标,提出了焊缝图像处理算法,并建立了基于DSP的焊缝图像处理系统。焊缝图像处理系统包括图像采集子系统、焊缝图像处理子系统及自动跟踪系统。图像采集子系统实现焊缝图像的采集与转换,主要由CCD视觉传感器和视频解码器组成。焊缝图像处理子系统实现焊缝处理及焊缝位置的自动识别,其核心芯片为TI公司的DM642芯片,自动跟踪系统采用TI公司的F2812芯片为处理核心。本课题主要研究系统的算法设计和软硬件设计,算法部分主要包括图像处理算法和控制跟踪算法两部分。图像去噪采用模糊阈值小波去噪算法,图像边缘检测采用基于类间方差最大的小波边缘检测算法,控制跟踪算法采用模糊PID控制算法。硬件设计采用双DSP的方法,一个DSP用于图像算法的处理,一个DSP用于控制跟踪算法的处理,软件部分采用基于DSP/BIOS的编程思想,从顶向下进行程序设计。本课题详细介绍了系统的算法设计和软硬件设计,为了提高系统的稳定性和灵巧性,采用DM642这款处理器来处理图像算法,最高频率可达600M。跟踪控制部分采用DSP2812发出控制脉冲控制步进电机的转角。在硬件开发平台上,对论文采用的算法进行了实验验证,取得了满意的效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
1 绪论  13-17
  1.1 图像处理技术综述  13
  1.2 课题的背景和研究意义  13-14
    1.2.1 课题背景  13-14
    1.2.2 研究意义  14
  1.3 国内外研究现状及发展趋势  14-15
    1.3.1 国内外研究现状  14-15
    1.3.2 发展趋势  15
  1.4 本文研究内容  15-17
2 焊缝图像的去噪处理  17-33
  2.1 图像噪声分析  17-18
    2.1.1 图像亮度分析  17
    2.1.2 噪声分析  17-18
  2.2 空域和频域滤波  18-21
    2.2.1 空域滤波  19-20
    2.2.2 频域滤波  20-21
  2.3 小波基本原理及多分辨率分析  21-24
    2.3.1 小波基本原理  21-23
    2.3.2 小波多分辨率分析  23-24
  2.4 基于小波分析的图像去噪  24-29
    2.4.1 二维小波变换  24-25
    2.4.2 基于小波变换的图像去噪  25-29
  2.5 仿真结果与分析  29-31
  2.6 本章总结  31-33
3 焊缝图像边缘检测和坐标提取  33-49
  3.1 边缘检测技术综述  33-34
  3.2 常用边缘检测技术  34-36
    3.2.1 Sobel边缘检测  34-35
    3.2.2 Canny边缘检测  35
    3.2.3 仿真结果及分析  35-36
  3.3 改进的格林函数边缘检测  36-41
    3.3.1 格林函数边缘检测  36-38
    3.3.2 改进的格林函数边缘检测  38-40
    3.3.3 仿真结果及分析  40-41
  3.4 小波边缘检测  41-45
    3.4.1 基于小波变换的边缘检测  41-42
    3.4.2 小波边缘检测的阈值选取  42-44
    3.4.3 仿真结果及分析  44-45
  3.5 焊缝区位置提取  45-46
    3.5.1 焊缝中心位置确定  45
    3.5.2 偏差识别  45-46
  3.6 本章总结  46-49
4 焊缝位置的跟踪控制  49-65
  4.1 PID控制  49-52
    4.1.1 PID控制基本原理  49-50
    4.1.2 PID控制方式  50-52
  4.2 模糊PID控制  52-61
    4.2.1 模糊理论基本知识  52-54
    4.2.2 模糊PID控制  54-61
  4.3 步进电机原理及控制方式  61-63
    4.3.1 步进电机基本原理  61-62
    4.3.2 步进电机控制方式  62-63
  4.4 本章总结  63-65
5 系统的硬件设计  65-79
  5.1 图像处理模块  65-71
    5.1.1 DM642图像采集电路  65-66
    5.1.2 DM642时钟电路  66-67
    5.1.3 DM642的JTAG接口电路  67-68
    5.1.4 DM642外部存储器电路  68-70
    5.1.5 DM642电源电路  70-71
  5.2 跟踪控制模块  71-74
    5.2.1 DSP2812电源电路  71-72
    5.2.2 DSP2812外部存储器电路  72-73
    5.2.3 DSP2812电平转换和PWM电路  73-74
  5.3 DM642与DSP2812硬件连接  74-76
  5.4 步进电机及驱动器选型  76-78
    5.4.1 步进电机选型  76-77
    5.4.2 驱动器选型  77-78
  5.5 本章总结  78-79
6 系统的软件设计与实验结果  79-99
  6.1 系统开发环境介绍  79-81
    6.1.1 系统软件开发平台  79
    6.1.2 CCS开发环境  79-80
    6.1.3 软件开发流程  80-81
  6.2 图像处理算法软件设计  81-89
    6.2.1 基于DSP/BIOS的系统组成  81-83
    6.2.2 DM642引导程序装载  83-84
    6.2.3 图像处理程序设计  84-89
  6.3 跟踪控制算法软件设计  89-97
    6.3.1 代码设计  90-94
    6.3.2 CMD文件设置  94-96
    6.3.3 程序调试  96-97
  6.4 实验与结果分析  97-98
    6.4.1 实验平台的搭建  97-98
    6.4.2 实验结果与分析  98
  6.5 本章总结  98-99
7 总结与展望  99-101
  7.1 工作总结  99
  7.2 展望  99-101
参考文献  101-107
致谢  107-109
作者简介及读研期间主要科研成果  109

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