基于FPGA的线结构光中心线提取关键技术的研究

	基于FPGA的线结构光中心线提取关键技术的研究
	曲岳
	2016-10-01
发表期刊	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
期号	6
摘要	随着我国铁路事业的不断发展,高铁渐渐地走进了我们的生活,凭借着能够持续高速平稳运行,乘坐安全舒适等优点,受到了大家的青睐,成为重要的交通工具。而如何对高铁列车进行检修,确保列车能够持续安全、舒适地高速运行,是我国现阶段亟待解决的问题之一。高铁列车检修工程的主要任务是对高铁车身是否有形变、是否有异物、螺钉是否松动甚至脱落等安全指标进行检测,检修任务的主要工作包含CCD摄像机标定、线结构光光条的中心线提取、高铁车身信息处理等。本文的研究课题属于其中的一部分工作,是对线结构光光条中心线提取部分进行研究与探索。本文将结构光三维测量技术应用于该课题项目中,通过对测量的数据进行分析与处理,对高铁车身安全性进行判断。结构光的光条中心线提取是高铁列车检修工程的第一步,中心线提取效果会影响列车检修后续工作的处理效果,因此,结构光光条中心线提取的地位十分重要。光条中心线提取算法经过国内外研究者们数十年的研究与探索,已经提出了一系列的光条中心线算法以及一些相应的改进算法,但在复杂的实际应用中,已有的算法不能够很好的适用于高铁检测,中心线提取效果不够理想,仍然存在许多的困难需要克服,如中心线位置偏移、算法抗噪能力差、提取速度与精确度难以平衡等,因此本文对光条中心线提取算法做出了改进,以便能够更好地满足高铁车身检测的要求,以及实现相应硬件系统架构设计的方式、方法。本文针对高铁车身检测过程中的光条中心线提取技术进行了研究,主要是光条中心线提取的软件模拟,建立算法模型,以及算法硬件实现。由于现有的光条中心线提取算法不能达到高铁检修工程对速度、精度的要求,因此本文在现有的光条中心线提取方法的基础上,提出了一种针对灰度重心法的改进算法。首先选用中值滤波器对光条图像进行预处理操作,削弱噪声对光条提取操作的干扰程度;然后用最大类间方差法对图像进行分割操作,分离出待处理的光条目标区域;最后对光条区域进行灰度值加权运算,提取出光条中心线。实验结果表明,本文提出的方法能够满足高铁检测系统的要求,处理速度较快、提取精度较高。现阶段高铁运行的时速为350 km/h,用软件实现光条提取算法达不到高铁实时检测的要求,因此对光条中心线提取算法做出了硬件实现的设计与研究,首先根据FPGA硬件特点,设计了一种基于目标区域的灰度重心法的硬件结构,经过反复调试,在FPGA上实现任务。该结构主要包括Camera Link标准接口、中值滤波模块、图像分割模块、光条中心线提取模块、DVI接口等。实验结果表明,所设计的硬件结构能够达到高铁实时检测的要求,同时精度较高、稳定性好。
关键词	中心线提取最大类间方差法灰度重心法 Fpga
语种	中文
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/57602
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	曲岳. 基于FPGA的线结构光中心线提取关键技术的研究[J]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2016(6).
APA	曲岳.(2016).基于FPGA的线结构光中心线提取关键技术的研究.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(6).
MLA	曲岳."基于FPGA的线结构光中心线提取关键技术的研究".中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 .6(2016).