大尺寸激光光斑检测系统设计

论文摘要

视觉测试技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术,重点研究的是物体几何尺寸和物体位置的测量,可以广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程。典型的视觉检测系统都是由CCD模拟摄像机,图像采集卡和计算机组成。对数字图像信号的图像处理都是在计算机内完成。针对传统视觉检测技术的缺点,提出了一种全新的视觉检测模式——全数字智能化采集与传输,这种图像采集传输模式的优点在于:①数字化采集,视频解码器芯片内部集成了ADC,系统不再需要专用A/D转换器;②数字化传输,单片机自身带有RS232总线模块,传输具有很高的可靠性,提高了系统的抗干扰能力;③系统集成度高、体积小,方便安装和携带;④用可编程器件FPGA实现图像处理,可以大大提高运算的速度,同时,还可以满足嵌入式系统的要求。论文主要完成了以下工作:1.针对视觉检测系统实际的需要进行深入研究,分析激光光斑尺寸检测系统的设计方案。2.分析系统选用的芯片,以及图像采集单元、图像处理及存储单元、图像传输单元的设计原理。3.针对视觉检测系统的设计方案,设计了由TG2616FCS-4模拟CCD摄像头和SAA7111A视频解码芯片作为图像采集单元的检测系统,利用FPGA实现数据采集,处理,传输功能,利用单片机软件程序实现整个系统的主控制。4.与组内基于FPGA的硬件图像处理研究成果相结合（包括噪声去除,图像压缩,二值化,中心检测等图像处理的实时操作）,完成了对电路的调试和程序的修改,实验结果和仿真结论与理论分析基本一致,体现了系统的高度数字化和集成化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视觉检测系统组成
• 1.2.1 视觉检测系统的组成
• 1.2.2 视觉检测系统几种常用的设计模式
• 1.3 视觉检测系统的典型应用
• 1.4 视觉检测系统的发展趋势
• 1.5 论文的主要工作
• 第二章系统基本工作原理及硬件电路设计
• 2.1 图像采集单元的基本原理
• 2.1.1 CCD摄像机的基本原理
• 2.1.2 CCD与CMOS的比较
• 2.2 基于Verilog语言的FPGA设计
• 2.3 视觉检测系统总体设计
• 2.4 本章小结
• 第三章视频信号处理电路的硬件实现
• 3.1 硬件系统的功能与构成
• 3.1.1 图像采集单元的视频解码器
• 3.1.2 图像存储单元的静态存储器SRAM
• 3.1.3 图像传输单元
• 3.1.4 核心处理器件－FPGA
• 3.1.5 系统控制器件－单片机
• 3.2 单片机程序设计
• 3.2.1 系统的初始化
• 2C寄存器设置'>3.2.2 视频解码器的I²C寄存器设置
• 3.2.3 单片机串口通讯程序设计
• 3.2.4 单片机其它程序设计
• 3.3 FPGA程序设计
• 3.3.1 视频信号采集
• 3.3.2 视频信号存储
• 3.4 视频信号采集与传输的程序仿真及实验结果
• 3.4.1 隔行扫描SRAM存储程序仿真实验结果
• 3.4.2 隔行扫描转连续存储程序仿真实验结果
• 3.4.3 数据采集及传输的FPGA程序仿真
• 3.5 FPGA与单片机通讯程序设计
• 3.5.1 FPGA与单片机的通讯原理
• 3.5.2 实际检测数据上传结果
• 3.6 硬件电路的PCB设计
• 3.6.1 PCB设计的一般原则
• 3.6.2 电路抗干扰措施
• 3.6.3 混合信号PCB设计原则
• 3.7 本章小结
• 第四章系统实验及结论
• 4.1 视频数据采集与传输实验
• 4.1.1 样板图像成像实验
• 4.1.2 实际光斑成像实验
• 4.2 视频数据图像处理实验
• 4.2.1 滤波处理实验
• 4.2.2 阈值分割实验
• 4.2.3 中心提取实验
• 4.2.4 软件畸变校正实验
• 4.3 系统误差实验与分析
• 4.3.1 系统误差实验设计
• 4.3.2 系统误差分析
• 4.4 实验结论
• 第五章总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢