基于视频处理技术的转速测量与监控系统研究

论文摘要

在旋转机械中,经常会涉及到对发动机转速的测量,并要求转速测量的实时性与正确性。转速的检测与控制在工业过程的实时控制中也占有很大的比重,它对系统的稳定性有着至关重要的影响,在发电机的应用中,电机转速是判断电机运行状况的重要标志之一。传统的测量转速方法有机械式转速测量方法、磁电式方法、振动测速方法和光电式方法等。但都是以单片机和传感器为核心,致使用户界面不够友好,而且采用这些测量方法的测速仪表不便于与计算机通讯,而且受到计算机通讯端口数目的限制。本文以软件为核心,将数字图像处理技术用于转速测量中,设计了与背景颜色有较大的反差的矩形旋转标志物,便于后期的图像处理,结合PC机和普通USB摄像头实现图像采集系统,提出了一种非接触式转速测量的新方法。只需累积被测物体上辅助标志在转动状态下相邻两帧旋转矢量之间的夹角,便可得到平均转速。而转角测量的精度直接影响了转速测量的精度,因此,本文重点研究了转角测量的方法。为了测量转角,对旋转体在空间坐标系中的关系进行了研究,并建立了旋转机械转速测量模型。现代科学实现小角度的测量已经不是难题了,但这都是以复杂精密的机械结构为代价的,而且这些角度无方向性可言。本文使用USB摄像头和PC机采集并处理图像,利用几何矢量法求取两帧之间旋转角度,这样不仅省却了机械结构,而且也减少了人为操作产生的误差,为实现智能化角度测量提供了可能。只要现场光照条件合适,就可以被应用,因此有广泛的应用前景。上述图像采集及处理、特征向量提取、数据分析及输出都采用VC++6.0编写完成,实现了算法的效率,可扩展性强,适用于普通的计算机测控应用。本文非接触式检测方法避免了传统接触式方法因机械磨损、打滑、振动等带来的误差。无污染、无损伤,可用于电子检测和工业控制中作转速和转角快速而精确测量。随着CCD技术的进一步发展,这种限制因素的影响必将越来越小,测量转速上限为1200r/min-1500r/min都能得到精确测量结果。实验表明该方法用于测量分析物体的转速具有较高的精度,抗干扰能力强、性价比高、系统结构简单。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 转速测量应用及意义
• 1.2 转速测量方法及其研究现状
• 1.2.1 接触式转速测量
• 1.2.2 非接触式转速测量
• 1.3 论文主要研究内容和创新点
• 1.4 本章小结
• 第2章 基于视频处理技术的转速测量系统方案
• 2.1 转速测量原理分析
• 2.2 总体系统设计
• 2.2.1 方案对比分析与确定
• 2.2.2 系统总体结构
• 2.2.3 特征标志设计
• 2.2.4 总体工作流程
• 2.3 本章小结
• 第3章 图像采集方法及其程序设计
• 3.1 VFW体系结构
• 3.2 视频采集编程分析
• 3.2.1 AVICap窗口类
• 3.2.2 回调函数
• 3.3 基于USB摄像头的视频采集流程及序列图像获取
• 3.3.1 视频采集流程
• 3.3.2 捕捉参数设置
• 3.3.3 BMP图片保存
• 3.4 本章小节
• 第4章 抗干扰转速测量方法及实现
• 4.1 图像预处理
• 4.1.1 背景去除
• 4.1.2 灰度二值化
• 4.1.3 图像细化
• 4.1.4 Hough变换
• 4.2 转角识别及转速实现
• 4.2.1 特征向量提取
• 4.2.2 XOY坐标系的建立
• 4.2.3 转角数据采集
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统仿真与实现
• 5.1 仿真结果
• 5.2 影响转速测量的因素
• 5.3 转速测量误差分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 论文总结与展望
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 后续研究工作
• 参考文献
• 附录1 部分代码清单
• 附录2 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢