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基于FPGA的玻璃瓶在线视觉检测系统及关键技术研究

作　者: 满德虎
导　师: 张宝峰; 朱均超
学　校: 天津理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 视觉在线检测 可编程逻辑门阵列 图像预处理 摄像机标定
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要


视觉检测理论来源于计算机视觉,是计算机视觉技术在外形尺寸检测方面的应用。基于计算机视觉理论的视觉检测技术,具有非接触、高精度和不干扰生产线的优点,在工业生产等领域有着广泛的应用。在一些检测速度要求高、现场环境恶劣的场合采用视觉检测的方法是比较合理的选择。论文研究的目的是建立一套基于FPGA的玻璃瓶在线视觉检测系统,该系统能够实现对玻璃瓶直径的测量。在对玻璃瓶在线视觉检测系统相关技术深入研究之后,结合现实背景和需求制定了本系统的视觉检测方案。系统采用面阵CMOS图像传感器,并基于FPGA技术实现了图像采集和处理。针对实际的玻璃瓶质量检测生产线的特点,本文模拟实际生产线设计了输送机实验平台和平面背光源,同时研究了视觉测量中的摄像机标定技术。在导师的指导下,本文主要进行了以下的研究工作：1、研究玻璃瓶在线视觉检测系统的构成,结合视觉检测技术国内外研究现状,设计基于FPGA技术的图像采集与处理系统总体方案。2、设计基于面阵CMOS图像传感器的图像采集方案,基于FPGA技术实现对传感器的初始化及驱动控制。3、根据待检测工件的光学特性及在线检测要求,设计并完成水平输送机实验平台及基于LED器件的视觉检测背光源。4、研究图像预处理算法,提出一种适合于硬件实现的图像卷积运算的设计方案并基于FPGA技术实现图像的噪声去除、边缘检测等算法。5、以棕色模抗瓶的视觉检测为例,研究摄像机标定技术并实现对瓶身直径的测量。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 基于FPGA的玻璃瓶在线视觉检测关键技术  12-13
    1.3.1 图像采集  12
    1.3.2 图像处理  12-13
    1.3.3 摄像机标定  13
  1.4 论文主要研究内容  13
  1.5 本章小节  13-14
第二章 玻璃瓶在线视觉检测系统研究  14-22
  2.1 系统需求分析  14-15
    2.1.1 系统的性能评价指标  14
    2.1.2 视觉检测中图像处理特点分析  14-15
  2.2 检测系统结构  15-16
  2.3 FPGA设计技术  16-19
    2.3.1 FPGA器件  17
    2.3.2 FPGA设计流程  17-18
    2.3.3 FPGA设计原则  18-19
  2.4 系统总体方案  19-21
    2.4.1 系统总体方案的论证与确定  19-20
    2.4.2 主要硬件选型  20-21
  2.5 本章小节  21-22
第三章 基于CMOS的图像采集  22-26
  3.1 图像采集原理  22-23
    3.1.1 CMOS图像传感器的工作原理  22
    3.1.2 图像采集过程  22-23
  3.2 硬件电路设计  23
  3.3 图像采集的实现  23-25
  3.4 本章小结  25-26
第四章 图像预处理算法在FPGA中的实现  26-44
  4.1 数字图像预处理技术  26-29
    4.1.1 图像处理算法流程  26-27
    4.1.2 图像的噪声去除  27-28
    4.1.3 图像的边缘检测  28
    4.1.4 图像的二值化  28-29
  4.2 图像处理中的卷积运算  29-30
  4.3 图像卷积运算的硬件实现  30-34
  4.4 几种图像预处理算法的FPGA实现  34-43
    4.4.1 中值滤波算法在FPGA中的实现  34-40
    4.4.2 Sobel边缘检测算法在FPGA中的实现  40-43
    4.4.3 二值化算法在FPGA中的实现  43
  4.5 本章小节  43-44
第五章 视觉检测系统样机及光源设计  44-62
  5.1 输送机运动控制平台设计与实现  44-49
    5.1.1 输送机机械结构设计  44-47
    5.1.2 输送机运动控制部分设计  47-49
  5.2 相机及光源支架设计  49-51
    5.2.1 相机支架设计  49-50
    5.2.2 光源支架设计  50-51
  5.3 视觉检测光源研制与性能评价  51-61
    5.3.1 视觉检测光源概述  51-52
    5.3.2 LED光源的特性  52
    5.3.3 光源照明技术研究  52-54
    5.3.4 视觉检测光源设计与制作  54-57
    5.3.5 视觉检测光源性能分析  57-61
  5.4 本章小节  61-62
第六章 瓶身视觉测量及实验数据分析  62-69
  6.1 摄像机标定及误差分析  62-66
    6.1.1 镜头畸变误差分析  62-63
    6.1.2 摄像机的标定  63-66
  6.2 实验与数据分析  66-67
  6.3 本章小节  67-69
第七章 总结与展望  69-71
  7.1 论文工作总结  69
  7.2 后继工作展望  69-71
参考文献  71-74
发表论文和科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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