非接触浮体六自由分量检测系统的研究与实现

论文摘要

船舶停靠于码头时,由于受到风、浪和潮汐的作用,船体通常会产生在六个自由分量上的运动,这种运动直接影响着船舶的靠泊作业等情况。另外,这种运动还会影响到码头的结构受力情况,以及船舶缆绳系缆力的大小,从而影响诸如护弦形式、系缆方式等码头设计参数的决定。 在海洋工程中的物理模型实验中,需要精确、实时地测量浮体的三维六自由分量运动轨迹,即升沉、纵摇、横摇、纵移、横移和回转等六个分量,为科学研究和工程设计提供可靠的技术依据。 早期研制的接触式浮体六自由分量测试系统,基本上都是用传感器作为信号源输入的,因其自身重量和固定不便等方面因素的制约,虽然可以满足工程应用,但精度受到影响,这需要以非接触式的测量方式来替代。目前,国外已经有相关产品出现,但价格昂贵,而且维护不便。 在本文中所要介绍的非接触式六自由分量检测系统是以机器视觉技术作为理论背景,用标定好的CCD摄像机拍摄浮体的运动情况,通过DSP技术用图像处理的方法由摄取到的图像重构出浮体上所附特征点的空间坐标,并由此求解其六自由分量。 本文首先介绍了基于DSP的非接触式六自由分量检测系统的立项背景和意义,其次介绍整个检测系统的组成和工作原理以及整个检测系统的总体设计,然后是图像数据处理的方法,包括图像预处理、三维重构、六自由分量的计算等,再次是系统实现的软硬件环境介绍,包括TI DSP EVM板的情况和集成软件开发环境CCS,接着重点介绍了DSP系统软件的开发过程以及程序的优化,最后是对所做工作的总结和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 系统工作原理和总体设计
• 1.1 系统工作原理
• 1.2 图像采集方案
• 1.3 系统总体方案
• 1.4 DSP应用系统的设计过程
• 2 图像处理、运算
• 2.1 机器视觉
• 2.2 图像处理概述
• 2.3 图像的预处理
• 2.3.1 二值化
• 2.3.2 阈值检测方法
• 2.4 三维重构技术
• 2.5 立体视觉三维重构法
• 2.5.1 坐标系定义与基本概念
• 2.5.2 线性针孔模型
• 2.5.3 摄像机标定
• 2.5.4 空间点三维重构
• 2.6 六自由分量计算
• 3 软硬件实现环境
• 3.1 CCD成像技术
• 3.2 DSP技术
• 3.2.1 数字信号处理技术
• 3.2.2 DSP概述
• 3.3 硬件平台
• 3.3.1 WT6201/6701PA EVM板
• 3.3.2 TMS320C6000概述
• 3.3.3 TMS320C6201芯片介绍
• 3.4 集成开发环境CCS
• 4 DSP软件开发
• 4.1 概述
• 4.2 DSP的软件开发流程
• 4.3 系统软件设计及实现
• 4.3.1 DSP软件的设计
• 4.3.2 DSP程序的加载
• 4.4 程序优化和定标
• 4.4.1 C、汇编混合编程
• 4.4.2 C程序优化
• 4.4.3 软件流水
• 4.4.4 定标
• 4.5 系统调试
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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