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基于异面直线夹角激光检测系统的智能相机研究

作　者: 陈波
导　师: 裘祖荣
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 智能相机 FPGA DSP 边缘检测 夹角测量
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 2次
引　用: 0次
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内容摘要


大尺寸空间异面直线夹角的测量在现代工业及国防现代化建设中具有重要的现实意义。要在数米甚至数十米的范围内对两条空间异面直线的夹角实现直接测量是比较困难的，通过线结构激光可以为两者建立可靠的公共基准，从而将两个独立的测量坐标系准确地联系起来。当前的实现方法是通过CCD摄像头采集图像，用上位机机进行处理来实现的。本文在上述的测量方案基础上进行了处理系统微型化的研究，提出了应用于该领域的智能相机设计方案，主要工作及具体内容如下：1、通过分析比较多种智能相机设计方案，确立了以DSP+FPGA为核心的硬件结构，选取了型号为EP4CE30F23C8N的FPGA和型号为TMS320DM642的DSP作为系统核心处理芯片，并搭建了外围电路。2、遵循高速PCB的绘制原则，进行了PCB绘制，并对系统内关键信号的信号进行了信号完整性分析。3、结合系统的实际使用环境，确定了以SOBEL边缘检测算子为核心的图像预处理过程，分析了BT.656的数据格式，对该类视频信号的有效信号提取及其格式整合进行了系统的研究，并利用Verilog HDL语言实现了预处理功能。4、对IIC的配置过程进行了研究，并分别利用FPGA和DSP实现了对视频解码芯片和视频编码芯片的IIC配置。5、提出了一种夹角计算的核心算法，并通过DSP编程实现。6、学习了TCP/IP的网络传输协议，完成了DSP同上位机的以太网通讯。在系统调试部分，搭建了简易的实验平台，阐述了实验过程，给出了实验结果，并对实验结果进行了分析，给出了评价。实验表明，该系统体积小，处理速度高，能够对大小为720×576的图像进行25f/s的实时采集处理，并可以利用显示器显示边缘提取后的图像，通过以太网传输实现处理数据的显示，各方面均能够达到设计指标。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 课题研究的背景与意义  8-10
  1.2 智能相机的国内外研究现状  10-11
  1.3 本课题研究的主要内容  11-12
第二章 系统的硬件设计方案  12-17
  2.1 系统的总体设计指标  12
  2.2 系统的功能验证  12-13
  2.3 系统的总体结构框架设计  13
  2.4 器件的选型与介绍  13-17
    2.4.1 DSP 的选型与介绍  13-15
    2.4.2 FPGA 的选型与介绍  15
    2.4.3 其他主要芯片的选型与介绍  15-17
第三章 系统硬件电路设计  17-29
  3.1 FPGA 及其外围电路的设计  17-20
    3.1.1 FPGA 配置电路设计  17-19
    3.1.2 视频解码电路设计  19-20
    3.1.3 DDR SDRAM 电路设计  20
  3.2 DSP 及其外围电路设计  20-26
    3.2.1 时钟电路的设计  20-21
    3.2.2 外部存储接口 EMIFA 的电路设计  21-23
    3.2.3 DSP 视频口的电路设计  23-24
    3.2.4 视频编码电路设计  24-25
    3.2.5 EMAC 电路设计  25-26
  3.3 电源模块电路设计  26-29
第四章 高速 PCB 设计  29-39
  4.1 高速 PCB 设计相关概念  29-30
  4.2 高速 PCB 设计规则  30-34
    4.2.1 PCB 布局  30-31
    4.2.2 布线  31-33
    4.2.3 电源层的设计  33
    4.2.4 地层的设计  33-34
  4.3 信号完整性分析  34-39
    4.3.1 反射分析  34-36
    4.3.2 串扰分析  36-39
第五章 智能相机 FPGA 逻辑设计  39-64
  5.1 IIC 配置模块的逻辑设计  42-43
  5.2 DDR SDRAM 的应用及验证  43-48
    5.2.1 DDR SDRAM 的基本控制过程  43-44
    5.2.2 DDR SDRAM 接口时钟方案  44-45
    5.2.3 DDR Controller IP 核  45
    5.2.4 IP 核驱动模块设计  45-48
  5.3 图像预处理的逻辑设计  48-64
    5.3.1 有效信号提取模块  48-50
    5.3.2 边缘检测模块的设计  50-62
    5.3.3 BT.656 整合模块  62-64
第六章 DSP 的软件设计  64-73
  6.1 视频采集程序设计  64-65
  6.2 夹角测量的核心算法实现  65-68
  6.3 网络通讯的软件设计  68-70
  6.4 视频显示程序设计  70-73
第七章 系统总体调试与评价  73-78
  7.1 硬件系统基本测试  73
  7.2 系统程序的固化  73-75
  7.3 系统的总体功能测试  75-77
  7.4 评价  77-78
第八章 总结与展望  78-80
  8.1 工作总结  78
  8.2 工作展望  78-80
参考文献  80-84
发表论文和参加科研情况说明  84-85
致谢  85

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光的应用
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