基于SOPC技术的色选方法研究

论文摘要

色选技术是一种用于散体物料品质检测和分级的分选技术,集光、电、气、机等多领域技术于一体,在粮食,食品加工、化工等行业有着广泛的应用。然而目前国内市场的色选设备多来自进口,价格昂贵,国内色选技术仍落后于国外,因此研究新一代的色选方法具有重要的意义。SOPC（System-On-Programmable-Chip,片上可编程系统）技术是一种基于FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）的嵌入式系统设计技术。基于SOPC技术开发色选检测系统,可实现更高的检测精度和检测速度。主要设计工作包括色选检测系统总体方案设计、系统SOPC运行平台设计、色选算法设计及其基于SOPC的系统实现。具体内容如下：1.提出了基于SOPC的色选检测系统的设计方案。首先分析色选技术国内外发展的过程与概况,总结出新一代色选检测系统的的研究意义；其次提出了色选检测系统总体方案,对方案内容进行了详细阐述；既而对检测系统的SOPC硬件平台进行了详细设计,分析了数据流程,并对平台进行了系统调试；最后介绍总体方案所涉及的相关技术知识。2.设计了色选检测系统基于CCD（Charge Doupled Device,电荷耦合器件）的图像采集模块。色选检测系统利用黑白线阵CCD和AD转换芯片获取色选图像,通过对CCD和AD驱动信号的时序设计和基于VerilogHDL的程序实现完成图像采集模块设计,实现了色选图像的高速采集,同时将模块设计为IP核,集成入SOPC系统。3.研究了色选检测系统适用于多种颗粒的色选算法。根据CCD采集的颗粒图像特征,提出图像处理算法,包括预处理和识别两部分。预处理算法包括畸变校正算法和滤波去噪算法；识别算法包括颜色识别算法和形状识别算法。4.研究了色选算法基于SOPC技术的系统实现。首先基于FPGA技术完成了色选算法各模块的硬件程序设计,然后将算法模块设计为IP核,与图像采集模块一同集成入SOPC系统平台。5.测试了色选检测系统的色选功能。利用SOPC硬件平台,设计Nios软件程序构建完整的检测系统,对CCD采集的颗粒图像进行仿真处理,得到图像的色选结果。实验验证了设计正确性的同时,分析了现有设计的不足之处,为下一步的优化和改进提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景与意义
• 1.2 色选技术的国内外发展概况
• 1.3 现有技术存在的缺陷和不足
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 色选检测系统总体方案与SOPC平台设计
• 2.1 引言
• 2.2 色选检测系统的总体方案设计
• 2.2.1 系统总体方案
• 2.2.2 系统主要器件选型
• 2.3 系统的SOPC平台设计
• 2.3.1 SRAM控制器IP核设计
• 2.3.2 SOPC平台硬件设计
• 2.3.3 SOPC平台软件功能设计
• 2.4 SOPC平台系统调试
• 2.4.1 SRAM控制器IP核调试
• 2.4.2 UART通讯测试
• 2.5 SOPC相关技术
• 2.5.1 FPGA与VerilogHDL硬件描述语言
• 2.5.2 SOPC技术概述与开发平台
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于CCD的色选图像采集模块设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 图像采集模块总体设计
• 3.3 CCD驱动信号设计与实现
• 3.3.1 CCD驱动信号分析
• 3.3.2 驱动信号时序设计与程序实现
• 3.4 AD驱动信号设计与实现
• 3.4.1 AD驱动信号分析
• 3.4.2 AD驱动信号时序设计与程序实现
• 3.5 图像采集模块的整体实现
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于CCD灰度图像的色选算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 CCD图像特征分析
• 4.2.1 图像噪声分析
• 4.2.2 图像畸变分析
• 4.2.3 图像中颗粒特征分析
• 4.3 图像预处理算法研究
• 4.3.1 图像的畸变校正
• 4.3.2 色选图像的滤波去噪算法
• 4.4 色选图像的目标识别算法研究
• 4.4.1 物料颗粒的颜色识别算法
• 4.4.2 物料颗粒的形状识别算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 色选算法在SOPC系统中的实现
• 5.1 引言
• 5.2 图像预处理算法实现
• 5.2.1 畸变校正算法实现
• 5.2.2 改进的中值滤波算法实现
• 5.3 图像识别算法实现
• 5.3.1 颜色识别算法实现
• 5.3.2 面积识别算法实现
• 5.4 算法的参数配置接口设计
• 5.5 算法程序的I P核设计与实现
• 5.5.1 自定义IP核总体设计
• 5.5.2 IP核接口类型设计
• 5.5.3 IP核Avalon总线接口规范介绍
• 5.5.4 Avalon接口信号与时序设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 色选检测系统测试与分析
• 6.1 引言
• 6.2 实验平台
• 6.3 系统测试过程
• 6.3.1 色选实验软件设计
• 6.3.2 色选功能实现
• 6.4 测试结果与分析
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文主要内容
• 7.2 本文主要创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢