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智能视觉传感器技术及其在药品自动视觉检测的应用研究

2020-12-06阅读(268)

智能视觉传感器技术及其在药品自动视觉检测的应用研究

论文摘要

视觉传感器,也称智能相机,因其将图像传感器、数字处理器、通信接口和I/O控制单元集成到一个单一的相机内,兼具了图像采集、图像处理、信息传递和I/O控制功能,是近年来计算机视觉研究领域的一个热点。现代化工业生产对产品的质量控制提出了更严格的要求,自动视觉检测技术以其高精度、非接触性、高智能等优点,符合现代生产过程中对在线检测和智能控制的要求,应用日趋广泛。本文研究了视觉传感器技术,所开发设计的视觉传感器样机采用CMOS图像传感器,并基于DSP+CPLD技术实现了图像采集、图像处理和I/O控制,同时设计实现了基于DSP内置USB接口的数据通信。针对泡罩药品包装生产线上的实时检测要求,采用所设计的视觉传感器样机搭建了泡罩药品自动视觉检测实验系统,并研究了泡罩药品表面图像处理算法。本文完成的主要工作有:（1）设计了基于TMS320VC5509A型DSP的视觉传感器硬件电路并完成调试工作,实现了其图像采集、图像处理、数据通信和I/O控制功能。（2）开发实现了DSP内置USB通信接口。编写了基于中断处理的USB固件程序,编写了基于WDM结构的USB驱动程序,实现了USB接口的枚举和数据通信。数据传输速率满足系统要求。（3）设计了视觉传感器的软件系统。编写了运行于DSP系统的图像采集、处理和传输程序,实现了视觉传感器实时响应外部采集命令,并经图像处理分析,通过I/O口给出图像处理的结果信号;设计了PC端的应用程序,实现了泡罩药品运动图像和检测结果的实时显示。（4）设计了泡罩药品自动视觉检测系统的总体框架结构。系统由光电模块发出采集命令,视觉传感器完成图像采集和处理并给出判断结果信号,PLC模块完成对不合格产品的剔除。开发了专门的光源照明系统。（5）研究了泡罩药品表面图像处理算法。设计实现了图像滤波、灰度增强、阈值分割、边缘检测、目标标记及几何特征参数测量;讨论了已知圆参数的快速圆检测霍夫变换算法。（6）设计了两套实验系统。一套采用透射照明方式,针对未覆盖铝箔材料的泡罩药品实现实时检测;另一套采用反射照明方式,针对铝箔封合后的泡罩药品实现实时检测。系统的检测精度和速度满足设计要求。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 机器视觉研究概述
  • 1.1.1 机器视觉的理论体系
  • 1.1.2 机器视觉系统的研究方向和热点
  • 1.2 自动视觉检测系统综述
  • 1.2.1 自动视觉检测系统
  • 1.2.2 自动视觉检测技术的发展及特点
  • 1.2.3 自动视觉检测技术的应用
  • 1.3 视觉传感器
  • 1.3.1 视觉传感器组成及特点
  • 1.3.2 视觉传感器的发展趋势
  • 1.4 课题研究背景及意义
  • 1.4.1 泡罩药品自动视觉检测技术的研究现状
  • 1.4.2 课题的研究意义
  • 1.5 论文的主要研究内容
  • 1.6 本章小结
  • 第二章 泡罩药品自动视觉检测系统研究
  • 2.1 泡罩药品自动视觉检测系统结构
  • 2.1.1 泡罩药品包装工艺流程
  • 2.1.2 泡罩药品自动视觉检测系统结构
  • 2.2 光学子系统
  • 2.2.1 光源照明模块
  • 2.2.2 光学成像系统景深
  • 2.3 考虑透镜径向畸变的摄像机标定
  • 2.3.1 带有透镜径向畸变的小孔摄像机模型
  • 2.3.2 需要标定的参数
  • 2.3.3 径向排列约束（RAC）的摄像机标定过程
  • 2.4 视觉传感器子系统
  • 2.5 光电触发采集和剔除装置子系统
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 视觉传感器硬件系统设计
  • 3.1 视觉传感器系统
  • 3.1.1 视觉传感器硬件结构设计
  • 3.1.2 改进后视觉传感器外部存储空间分配
  • 3.2 视觉传感器样机小型化方案
  • 3.3 高速电路的可靠性设计
  • 3.3.1 传输线的抗反射设计
  • 3.3.2 传输线的抗串扰设计
  • 3.3.3 系统抗干扰措施及PCB 信号完整性方法
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 DSP 内置USB 通信接口技术研究
  • 4.1 USB 总线概述
  • 4.1.1 USB 简介
  • 4.1.2 USB 接口特点
  • 4.1.3 USB 系统模型
  • 4.2 USB 接口的硬件实现
  • 4.2.1 两种USB 硬件方案比较
  • 4.2.2 TMS320VC5509A 的 USB 模块软、硬件资源
  • 4.2.3 TMS320VC5509A 内置 USB 模块通信电路设计
  • 4.3 USB 模块的固件编程
  • 4.3.1 USB 固件程序执行过程
  • 4.3.2 USB 枚举过程
  • 4.3.3 USB 标准设备请求处理程序
  • 4.3.4 USB 数据I/O 请求处理程序
  • 4.4 上位机的USB 设备驱动程序
  • 4.4.1 WDM 驱动程序结构
  • 4.4.2 USB 设备驱动程序结构
  • 4.4.3 用Driver Studio 开发USB 驱动程序
  • 4.4.4 USB 驱动程序的主要例程
  • 4.4.5 驱动程序调试
  • 4.5 USB 驱动程序和应用程序的通信
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 泡罩药品表面图像处理与分析算法研究
  • 5.1 图像增强算法
  • 5.1.1 直方图均匀化
  • 5.1.2 灰度变换
  • 5.2 滤波算法
  • 5.2.1 改进的中值滤波
  • 5.2.2 自适应魏纳滤波
  • 5.3 图像分割算法
  • 5.3.1 Otsu 阈值分割算子
  • 5.3.2 Canny 边缘检测算子
  • 5.3.3 运动边缘检测
  • 5.4 目标标记
  • 5.4.1 种子生长法
  • 5.4.2 改进的循环扫描法
  • 5.5 目标的几何特征提取
  • 5.5.1 面积计算
  • 5.5.2 周长计算
  • 5.5.3 圆形度计算
  • 5.6 基于霍夫变换的圆检测
  • 5.6.1 霍夫变换
  • 5.6.2 快速的圆检测霍夫变换（CHT）
  • 5.7 本章小结
  • 第六章 视觉传感器的软件系统设计及实验数据分析
  • 6.1 视觉传感器软件系统特点
  • 6.2 视觉传感器软件系统设计
  • 6.2.1 软件系统框图
  • 6.2.2 DSP 对中断的处理
  • 6.2.3 图像处理子程序框图
  • 6.2.4 USB 通信软件程序设计
  • 6.2.5 软件系统的界面设计
  • 6.3 USB 速度测试实验
  • 6.4 透射式视觉检测中的药片特征参数测量实验
  • 6.5 反射式视觉检测中的药片特征参数测量实验
  • 6.6 系统的性能评估和误差分析
  • 6.7 本章小结
  • 全文总结与展望
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢

    • 相关论文文献

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