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嵌入式视觉传感器设计与图像采集实现

作　者: 张忠凯
导　师: 刘常杰
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 激光三角法视觉测量图像采集嵌入式驱动设计
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文针对汽车生产线中零部件间隙尺寸的测量，研制一种可手持的嵌入式视觉传感器，很好地满足现场测量的应用需求，为监控车身零部件的加工质量提供了一种新的手段。本文基于激光三角法测量原理，设计了一种结构光传感器，结合嵌入式技术，在传感器中实现图像采集、处理及传输的功能。文中首先阐述了该传感器的测量原理，通过投射线结构光到被测物表面，采用CMOS传感器接收图像信息，建立视觉传感器模型，实现非接触式测量。其次，针对系统低功耗、高精度等使用要求，构建了嵌入式系统的硬件电路，完成了方案中图像传感器、CPU、通讯模块、供电系统的具体硬件实现和功能测试。再次，通过对嵌入式操作系统学习和研究，构建了针对ARMv7-A与C64x+DSP嵌入式处理器架构的编译环境，完成了嵌入式Linux操作系统对OMAP3530嵌入式应用处理器的移植工作。在此硬件平台基础上进行了基于嵌入式Linux操作系统的驱动开发与功能调试，实现了上述硬件系统的正常运作。开发了基于Linux的图像采集应用程序，通过负载分析，优化系统性能，达到图像数据的实时采集与分析处理。最后通过实验验证，对已知尺寸标准件进行反复测量，实验结果表明，该传感器能够完成图像数据的采集，达到设计的预期目的。通过比对实验数据，找到偏差的影响因素，并提出对系统进行改进的方案。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-14
  1.1 课题背景与意义  7-10
  1.2 国内外发展现状  10-13
    1.2.1 数字图像采集系统的发展现状  10-11
    1.2.2 三角法国内外发展现状  11-12
    1.2.3 嵌入式技术发展现状  12-13
  1.3 本文主要内容和结构  13-14
第二章嵌入式视觉传感器测量原理  14-20
  2.1 引言  14-15
  2.2 视觉传感器的测量原理  15-16
  2.3 线结构光传感器数学模型  16-18
  2.4 光学模块设计  18-20
第三章嵌入式视觉传感器系统的方案  20-40
  3.1 引言  20
  3.2 测量系统的方案  20-22
  3.3 图像采集方案  22-27
    3.3.1 嵌入式系统概述  24-25
    3.3.2 嵌入式方案选型  25-27
    3.3.3 方案定型  27
  3.4 系统硬件电路实现  27-39
    3.4.1 CMOS 图像传感器模块电路设计  28-30
    3.4.2 接口电平转换与布线板设计  30-32
    3.4.3 嵌入式 CPU 小主板设计  32-37
    3.4.4 通讯模块设计  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章嵌入式视觉传感器软件设计  40-49
  4.1 嵌入式系统的移植  40-41
  4.2 嵌入式系统的启动  41-44
    4.2.1 Xloader  42-43
    4.2.2 Uboot  43
    4.2.3 Uimage  43
    4.2.4 BusyBox  43-44
  4.3 图像传感器的驱动设计  44-49
    4.3.1 设备驱动的功能  44-45
    4.3.2 图像传感器驱动过程  45-46
    4.3.3 图像传感器接口初始化  46-47
    4.3.4 接收输出数据  47-49
第五章实验与总结  49-54
  5.1 重复性实验验证  49-51
  5.2 被测物倾斜实验验证  51-53
  5.3 实际应用  53-54
第六章全文总结和展望  54-55
参考文献  55-58
发表论文和参加科研情况说明  58-59
致谢  59

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