基于视觉传感的嵌入式液位测量系统

论文摘要

液位测量技术在工业生产、国防科技等领域中处于极为重要的地位。早期的液位测量主要采用机械测量方法。随着科学技术的发展,要求测量系统具有高精度化、信息化、数字化、自动化等特点,原先的测量方法的弊端逐渐突现出来。文章结合嵌入式开发技术、视觉传感技术以及数字信号处理技术,在深入研究现有各种液位测量的原理和方法的基础上,提出一种创新性的测量方法——基于机器视觉的嵌入式液位测量系统。该系统具有小型化、高精度、低成本、处理速度快、便携式等特点,很好地解决了现有测量方法存在的问题,同时该系统的测量原理和方法具有通用性,可以广泛应用于仪表测量领域。课题基于ARM的嵌入式系统平台,通过USB摄像机或者模拟CMOS摄像机采集到仪器标尺刻度图像,由主控制器32位ARM9微处理器S3C2440结合WINCE5.0嵌入式操作系统,使用Embedded Visual C++4.0软件平台实现刻度尺的图像处理和视场中心刻度的识别,最后通过LCD显示图像和识别结果。课题重点要解决的主要是在WINCE下定制的适用于课题需求的操作系统,并选择合适的相机芯片并实现在WINCE下驱动。设计一套精确的数字识别算法,在搭建的相对稳定光照的环境下,实现视场中心液面刻度的精确读数,同时加入智能识别算法,使其在即使受到外界干扰条件下也能够实现全自动精确读数。实验结果表明,系统可实现液位标尺刻度图像的实时采集和全自动测量。同时系统的数字识别算法具有很好的鲁棒性,对于受噪声和随机污点以及相机显微镜头产生的数字字符变形等干扰,都能够提取可靠数字特征信息进行精确的识别。当前系统可成功应用于液位测量领域和万能工具显微镜等其他仪器的自动测量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视觉检测及图像处理技术的发展与应用
• 1.2.1 视觉检测技术
• 1.2.2 图像处理和图像识别技术
• 1.3 液位测量技术的发展
• 1.4 系统总体方案设计
• 1.5 课题主要研究内容及意义
• 第2章 液位测量系统总体设计
• 2.1 液位测量系统总体框架
• 2.1.1 液位测量系统的总体结构
• 2.1.2 液位测量系统的应用
• 2.2 系统硬件结构设计
• 2.2.1 测量标尺的设计
• 2.2.2 图像传感器的选择
• 2.2.3 内部光源的设计
• 2.2.4 液位传感器的选择
• 2.3 嵌入式平台的建立
• 2.3.1 嵌入式系统的组成
• 2.3.2 系统硬件平台的介绍
• 2.4 设计要点
• 2.5 本章小结
• 第3章 液位测量系统开发及调试
• 3.1 嵌入式操作系统的定制
• 3.1.1 嵌入式操作系统的简介
• 3.1.2 LINUX 和WINCE 操作系统的比较
• 3.1.3 WINCE 操作系统的定制
• 3.2 系统应用程序的开发实现
• 3.2.1 应用程序开发界定
• 3.2.2 应用程序开发流程
• 3.2.3 应用程序主程序的实现
• 3.3 串口通讯的设计
• 3.4 系统的综合调试
• 3.4.1 WINCE 操作系统调试
• 3.4.2 应用程序的调试
• 3.4.3 串口通讯的调试
• 3.5 本章小结
• 第4章 自动读数算法设计
• 4.1 自动识别算法总体设计
• 4.2 图像预处理
• 4.2.1 彩色图像的灰度处理
• 4.2.2 图像的二值分割
• 4.2.3 数学形态学滤波
• 4.3 图像分割模块
• 4.4 数字字符识别模块
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验数据及分析
• 5.1 数字字符的识别实验
• 5.2 液位测量系统自动读数实验
• 5.2.1 摄像机标定及结果
• 5.2.2 最小分辨力实验
• 5.2.3 系统对比读数实验
• 5.2.4 系统线性度实验
• 5.2.5 系统重复性实验
• 5.2.6 系统稳定性实验
• 5.2.7 系统的误差来源和修正
• 5.3 复杂环境下现场调试实验
• 5.4 在其他测量仪器自动读数实验
• 5.5 本章小结
• 全文总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢