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基于DSP的流场速度检测系统设计

2020-12-01阅读(222)

基于DSP的流场速度检测系统设计

论文摘要

粒子图像测速(PIV,Particle Image Velocity)是自20世纪80年代发展起来的一种以图像处理为基础的流场测量技术,具有无干扰、瞬时、非接触和全流场进行速度测量的特点,对于研究复杂的流场测量有重要的意义。论文在对粒子图像测速技术有关算法研究的基础上,设计了一个基于DSP的流场速度检测系统。该系统由摄像机、TMS320DM642开发板和液晶显示器(LCD)组成,集图像采集、图像处理和图像显示等功能于一体,实现了流场速度的测量。论文主要介绍了粒子图像测速算法研究、系统硬件设计和系统软件的开发。在算法方面,论文对粒子图像测速技术进行了研究,分析了互相关算法当中诊断窗口尺寸对计算结果的影响,提出了一种基于互相关函数值自适应地确定合适诊断窗口尺寸的算法,从而保证了互相关计算中诊断窗口尺寸选择的合理性。在硬件方面,论文选择了TI公司的数字信号处理器TMS320DM642作为整个系统的硬件核心并分析了其视频处理模块的功能。在软件开发方面,论文对实时操作系统DSP/BIOS编程进行了研究,对于原有视频图像处理流程进行了分析并提出了改进,最后在开发环境Code Composer Studio下实现了基于TMS320DM642的图像采集算法、图像显示算法、粒子图像测速算法和光栅图形生成算法等有关算法。除此之外,论文对于在课题开发当中出现的难点和问题都作了具体的阐述。实验数据表明本文提出的自适应算法提高了测量精度,设计的系统实现了流场速度测量的各项功能,验证实验显示测量结果的正确性,所做工作为以后流场速度检测系统的仪器化打下了基础。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 流动测量显示技术概述
  • 1.1.1 常规流动检测技术
  • 1.1.2 粒子图像测速技术
  • 1.2 本课题的研究意义
  • 1.3 论文的研究内容
  • 2 PIV算法的研究
  • 2.1 标准互相关算法
  • 2.1.1 标准互相关在PIV中的应用
  • 2.1.2 计算量分析
  • 2.2 FFT互相关算法研究
  • 2.2.1 快速傅里叶变换介绍
  • 2.2.2 基于快速傅里叶变换的互相关算法
  • 2.3 亚像素处理
  • 2.3.1 插值法简介
  • 2.3.2 拟合结果分析
  • 2.4 诊断窗口尺寸对粒子图像测速影响的研究
  • 2.4.1 矢量误差
  • 2.4.2 不同诊断窗口尺寸对计算结果的影响规律
  • 2.5 基于相关函数值的窗口尺寸选择算法
  • 2.5.1 算法描述
  • 2.5.2 实验和讨论
  • 2.5.3 窗口迭代法在两相流流场中的应用
  • 2.6 本章小结
  • 3 系统的硬件设计
  • 3.1 系统的硬件结构组成
  • 3.2 数字信号处理器（DSP）简介
  • 3.3 DSP的特点
  • 3.4 TMS320DM642介绍
  • 3.5 TMS320DM642视频模块分析
  • 3.6 ITU-R BT.656 YUV 4:2:2格式分析
  • 3.7 本章小结
  • 4 系统软件的开发
  • 4.1 系统软件的总体结构
  • 4.2 DSP软件开发的设计过程介绍
  • 4.3 CCS开发环境介绍
  • 4.3.1 CCS安装时需要注意的问题
  • 4.3.2 CCS工程文件简介
  • 4.4 CCS下软件编译过程介绍
  • 4.5 TMS320DM642实时操作系统DSP/BIOS分析
  • 4.5.1 实时操作系统（RTOS）基本概念
  • 4.5.2 实时操作系统DSP/BIOS介绍
  • 4.5.3 实时操作系统DSP/BIOS的组成
  • 4.5.4 实时操作系统DSP/BIOS的开发过程
  • 4.5.5 实时操作系统DSP/BIOS的运行过程分析
  • 4.5.6 DSP/BIOS软件开发的特点
  • 4.5.7 CSL分析
  • 4.6 本章小结
  • 5 基于TMS320DM642的视频图像处理流程分析
  • 5.1 TMS320DM642视频图像处理流程介绍
  • 5.2 TMS320DM642视频图像处理开发流程分析
  • 5.3 TMS320DM642图像处理开发流程的不足
  • 5.4 Y路信息存储格式分析
  • 5.5 图像处理流程的改进
  • 5.6 本章小结
  • 6 基于TMS320DM642的粒子图像测速程序设计
  • 6.1 概述
  • 6.2 视频图像的采集
  • 6.3 图像预处理
  • 6.3.1 图像平滑处理
  • 6.3.2 图像增强
  • 6.4 粒子图像测速算法实现时需要注意的问题
  • 6.5 PIV算法中矢量的绘制
  • 6.5.1 基本图形生成原理
  • 6.5.2 直线生成算法
  • 6.5.3 数值微分算法
  • 6.5.4 Bresenham算法
  • 6.5.5 箭头的绘制
  • 6.5.6 多个矢量箭头绘制
  • 6.6 图像显示输出程序设计
  • 6.7 本章小结
  • 7 实验装置介绍和实验分析
  • 7.1 实验装置介绍
  • 7.2 实验分析
  • 7.3 本章小结
  • 结论与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 在校学习期间发表的论文

    • 相关论文文献

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