基于DSP的视觉传感器技术及在啤酒液位检测的应用研究

论文摘要

随着工业生产的快速发展,现代化的检测技术也日渐成熟。基于计算机视觉理论的视觉检测技术,以其高精度、非接触性、自动化程度高等优点,广泛应用于现代生产检测中。而随着微电子技术的发展,出现了区别于传统基于PC视觉系统的视觉传感器。视觉传感器以其简单化、模块化和产品化的特点,被逐步应用于生产检测的各个领域。本文在完成基于DSP+CPLD视觉传感器样机设计的基础上,成功开发以太网通信接口,并将其应用到啤酒灌装生产的液位检测中,通过实验论证其满足现代啤酒灌装生产的需求。本文完成的主要工作有:1.针对视觉检测系统的特点和要求,比较了视觉传感器和基于PC的视觉系统,分析视觉传感器的特点和优势。根据视觉传感器的功能组成,对整体实现方案以及各功能模块进行了分析和比较,最终确定了采用CMOS为图像传感器DSP+CPLD为处理控制核心的实验样机系统的实现方案。2.详细分析了视觉传感器各模块的构成特点,针对视觉传感器多模块分时复用和选用DSP存储空间有限的特点,对不同模块的存储空间进行了分配,调试完成了各模块的硬件部分。3.研究了系统通信模块的实现方案,重点研究了基于TCP/IP的以太网通信模块。设计并完成了基于硬件协议栈的网络通信,并通过实验对网络传输速率进行了测试,能够满足系统的需求。4.研究DSP系统软件优化方法,并针对DSP的硬件特点和啤酒液位检测图像的特点,充分讨论各种图像处理算法,选取适合本系统的算法。详细论述了基于概率统计的计算液位位置算法。在满足检测速度的情况下,能够准确的检出液位的位置。5.详细研究了基于视觉传感器的啤酒液位检测方法,提出了由管理单元、PLC操作站和检测机三部分组成的啤酒液位检测系统。同时对光源、照明方式和光电传感器做了详细的讨论,并通过实验的方法选取适合本系统的光源照明和光电传感器。6.设计并实现软件系统结构。采用多任务实现方案,基于中断机制的工作原理,采用准实时的图像处理方案,提取液位特征。并对系统的曝光时间,实时图像数据采集和检测代码的运行时间做了实验论证。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视觉检测及视觉传感器
• 1.2.1 计算机视觉及视觉检测
• 1.2.2 视觉传感器
• 1.3 啤酒液位检测
• 1.3.1 啤酒液位检测的意义
• 1.3.2 啤酒液位检测的研究现状
• 1.4 本文意义和主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 视觉传感器样机的设计与分析
• 2.1 视觉传感器样机的系统构成
• 2.2 视觉传感器样机系统方案的设计
• 2.2.1 图像传感器及采集方案的设计
• 2.2.2 数据存储方案的设计
• 2.2.3 显示方案的设计
• 2.3 视觉传感器系统存储空间的分配
• 2.4 本章小结
• 第三章 视觉传感器网络接口的设计与实现
• 3.1 网络通信接口的设计
• 3.1.1 标准TCP/IP 通讯协议简介
• 3.1.2 硬件以太网协议栈芯片W5100
• 3.1.3 以太网模块的硬件设计
• 3.2 网络通信模块的实现
• 3.2.1 视觉传感器端网络通信的实现
• 3.2.2 上位机端基于Visual C++的网络通信编程
• 3.3 本章小结
• 第四章 啤酒液位图像处理算法的研究
• 4.1 图像预处理
• 4.1.1 均值滤波器
• 4.1.2 保边缘滤波器
• 4.2 图像增强
• 4.3 图像分割
• 4.3.1 图像的二值化
• 4.3.2 边缘检测算子
• 4.3.3 各种边缘检测算子的比较
• 4.4 液位的检出
• 4.4.1 图像检测区域的标定和定位
• 4.4.2 确定液位高度
• 4.5 本章小结
• 第五章 啤酒液位检测系统的设计
• 5.1 啤酒液位检测系统
• 5.2 光源和照明的设计
• 5.2.1 光源类型的选择
• 5.2.2 照明方式的设计
• 5.3 光电传感器
• 5.4 本章小结
• 第六章 软件系统的设计和实验验证
• 6.1 系统软件的设计
• 6.1.1 软件系统框图
• 6.1.2 系统软件界面
• 6.2 视觉传感器检测效率的分析和实验验证
• 6.2.1 输瓶带速度的确定
• 6.2.2 曝光时间的确定
• 6.2.3 实时图像数据采集
• 6.2.4 视觉传感器检测代码的运算效率
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 全文展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢