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基于STM32+FPGA的存储控制系统优化设计

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兵器装备工程学报 2019年第10期40卷 142-145,160页

作者：许艳孟令军谢玲芳朱珊王静波中北大学仪器与电子学院

提出一种STM32+FPGA的存储控制系统优化设计。该系统以STM32F103作为主控,使用PVD监控STM32芯片的VDD引脚,并采用数据拼接的方式完成指令的接收、解析、编帧发送与应答。存储板FPGA在指令的控制下完成数据的存储与回读,以LVDS的形式发送... 详细信息

提出一种STM32+FPGA的存储控制系统优化设计。该系统以STM32F103作为主控,使用PVD监控STM32芯片的VDD引脚,并采用数据拼接的方式完成指令的接收、解析、编帧发送与应答。存储板FPGA在指令的控制下完成数据的存储与回读,以LVDS的形式发送,上传至上位机保存到电脑磁盘。经过多次测试,数据拼接的指令能够稳定传输,意外掉电时能够快速存储当前结束地址,回读数据用Matlab分析无误,系统稳定可靠,满足存储控制系统优化设计的需求。

关键词： PVD监控数据拼接 STM32F103 FPGA LVDS

基于切削区域分析的金刚石刀具圆弧轮廓质量检测与评价

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基于切削区域分析的金刚石刀具圆弧轮廓质量检测与评价

作者：刘鈜浚中国工程物理研究院

学位级别：硕士

超精密切削加工技术是国民生活水平提高和国防建设的关键技术。除了超精密的机床和稳定的加工环境,超精密的金刚石刀具也是超精密切削加工不可或缺的重要条件。随着超精密切削技术的发展,刀具因素对加工质量的影响愈发重要,是影响超精... 详细信息

超精密切削加工技术是国民生活水平提高和国防建设的关键技术。除了超精密的机床和稳定的加工环境,超精密的金刚石刀具也是超精密切削加工不可或缺的重要条件。随着超精密切削技术的发展,刀具因素对加工质量的影响愈发重要,是影响超精密切削加工技术水平的重要因素之一。检测与评价金刚石刀具刀尖圆弧轮廓质量,不仅可以为刀具的挑选与使用提供依据、监控刀具的磨损状况,还可以指导刀具刃磨工艺、提升刀具制造水平,对提高超精密加工表面质量,发展超精密切削加工技术具有重要意义,可为民用高端元器件制造、国防工业、前沿科学研究等领域提供强有力的支撑。随着检测设备与检测手段的发展,刀尖圆弧轮廓的测量精度逐步提高,目前已可满足纳米量级的测量精度。在各种可用于刀尖圆弧轮廓测量的设备中,原子力显微镜（AFM）的测量精度最高,能够满足超精密金刚石刀具刀尖圆弧轮廓质量评价的需求。AFM一般只能测量圆弧轮廓的微小区域,虽然可通过回转轴系扩展其量程,但受硬件条件的限制,其采样间隔大,横向测量分辨率较差。圆弧波纹度是评价刀尖圆弧质量的重要指标,其数值一般为百纳米甚至百纳米以下。滤波是波纹度评价的重要环节,但超精密金刚石刀具百纳米量级的波纹度已超出了现有的国际与国家标准的评价范围,其中针对滤波器类型的选用尚未有深入的研究。针对刀尖圆弧轮廓测量中横向量程与分辨率无法兼顾;波纹度评价中滤波器类型的选用等问题,本文开展了以下研究:首先,分析了超精密切削加工中刀尖圆弧参与切削区域,针对曲面车削和平面飞切两种不同的情况,需要测量的刀尖圆弧轮廓分别为毫米量级与微米量级,保证了测量结果与实际参与切削区域的对应。针对刀尖毫米量级圆弧轮廓,应用基于原子力显微镜与精密回转轴系的刀尖圆弧测量方法,针对刀尖微米量级圆弧轮廓,应用原子力显微镜直接测量,采用分段多次的测量策略,详细论述了刀尖圆弧轮廓的超精密测量原理、流程与步骤。然后,针对超精密金刚石刀具刀尖圆弧轮廓质量的评价开展了研究。针对刀尖毫米量级圆弧轮廓的测量数据,分析了测量过程中由精密回转轴系轴心与刀尖圆弧圆心偏心引入的测量误差,在matlab软件下实现了实际测量数据中偏心误差的分离,提高了刀尖毫米量级圆弧轮廓测量结果的可重复性。针对刀尖毫米量级圆弧轮廓的波纹度评价,基于模拟轮廓与实际测量数据对比了常用轮廓滤波器,确定了样条滤波器比高斯滤波器更适用于刀尖毫米量级圆弧轮廓波纹度的评价。针对刀尖微米量级圆弧轮廓,实现了基于迭代最近点的微米量级圆弧轮廓的数据拼接算法,开展了测量与数据拼接实验,实现了刀尖微米量级圆弧轮廓三维形貌的综合表征。最后,开展了切削加工实验研究,验证刀尖圆弧轮廓测量结果的有效性。针对刀尖毫米量级圆弧轮廓,设计了半球面零件的切削加工仿真,开展了半球面零件的超精密车削加工实验研究,分析了刀尖毫米量级圆弧轮廓对半球面零件表面轮廓度的影响,验证了刀尖毫米量级圆弧轮廓测量结果的有效性;针对刀尖微米量级圆弧轮廓,开展了 KDP晶体超精密飞切实验,验证了刀尖微米量级圆弧轮廓测量结果的有效性。

关键词：金刚石刀具刀尖圆弧轮廓滤波数据拼接

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大型构件视觉测量中特征提取与多视拼接方法

大型构件视觉测量中特征提取与多视拼接方法

作者：邸宏图大连理工大学

学位级别：硕士

大型构件是飞机、火箭等高端装备的关键结构件,其高质量装配是保障高端装备服役性能的重要环节。目前,国内外的相关企业已广泛采用数字化测量技术,实现大型构件装配质量的监测。面向零部件面形的三维测量作为数字化测量的核心环节,可快... 详细信息

大型构件是飞机、火箭等高端装备的关键结构件,其高质量装配是保障高端装备服役性能的重要环节。目前,国内外的相关企业已广泛采用数字化测量技术,实现大型构件装配质量的监测。面向零部件面形的三维测量作为数字化测量的核心环节,可快速地实现产品几何形貌点云的获取,为分析产品气动外形与理论模型的偏差提供数据支撑。视觉测量以其高精、高效、非接触等优势,在航空航天数字化测量等领域得到广泛应用。本文采用结合线激光与标志点辅助特征的双目视觉方法,对大型构件形面进行测量,针对现场测量过程中的图像特征提取与多视数据拼接方法展开了深入研究,主要研究内容如下:（1）针对现场环境下复杂光照、多源干扰等因素造成扫描特征光条亮度不均难以准确、完整提取的问题,提出了一种复杂背景干扰下非均匀光条的自适应提取方法。基于结合二次扫描框架的CNN网络与非特征滤除准则准确定位光条特征区域,在此基础上,采用分区域K-means算法对光条特征进行准确分割。实验结果表明:该方法可有效提取复杂环境背景下的非均匀光条特征,以SSIM、MSE和IoU作为评价指标,其提取效果优于GLGM、Otsu、Graph-Cuts和FCN等现有方法。（2）虑及复杂现场环境下标志点特征提取精度低的问题,对视觉系统的辅助光源进行了设计,并对标志点特征提取算法进行了详细分析。此外,针对左右图像中非公共标志点干扰标志点匹配的问题,提出了一种基于双向极线约束的标志点匹配方法,实验结果表明:该方法可有效剔除非公共点,实现标志点的精准匹配。（3）为提高大型零构件拼接测量的精度和稳定性,对拼接测量的各环节进行了分析。介绍了本文基于辅助标志点的拼接测量方案,详细分析了不同测量视角间的坐标转换矩阵求解方法,并在此基础上提出了异常点剔除方法。对相机标定、公共标志点数目及布局等拼接测量精度的影响因素进行分析,并提出了相应的误差控制方法。（4）搭建视觉测量系统,基于C++/Qt对图像处理软件进行开发设计,并对光条特征提取与拼接测量方法进行了实验验证。实验结果表明:本文方法能实现复杂环境下非均匀光条特征的有效提取,拼接测量的平均误差为0.056mm。在实验室对大型复材结构件进行了全局拼接测量实验,验证了本文方法的有效性。

关键词：大型构件双目立体视觉特征提取定位与分割数据拼接

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省地电网协同运行策略与实践

中国电力 2015年第12期48卷 154-160页

作者：汤伟刘辉刘路登杨铖国网安徽省电力公司电力调度控制中心安徽合肥230022

近年来国内发生多起电网事件,事后分析都与省地运行方式安排不当有关。为保证电网安全可靠运行,深入分析了省调度中心与各地区调度中心现有运行方式工作模式的缺陷,将分散在省调和地调的全电压等级在线数据进行统一整合,实现了多时序电... 详细信息

近年来国内发生多起电网事件,事后分析都与省地运行方式安排不当有关。为保证电网安全可靠运行,深入分析了省调度中心与各地区调度中心现有运行方式工作模式的缺陷,将分散在省调和地调的全电压等级在线数据进行统一整合,实现了多时序电网拓扑模型自动拼接。基于全联通遍历算法自动搜索薄弱接线方式并对负荷损失进行精确评估,进而快速识别高危客户供电风险。对实时电网运行控制对策进行省地联合分析,构建了未来电网协同模型并给出不合理重叠检修方式智能排查方法,实现了省地电网联合决策,可用于指导省级电网运行方式协同决策平台建设。通过在省级电网中实际系统的应用表明,提出的策略能有效避免省地运行方式冲突并实现对电网的协同决策。

关键词：协同分析联合计算数据拼接自动拼接计算模型实时断面协同决策

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省地县运行方式协同分析的研究与实践

华东电力 2014年第7期42卷 1377-1380页

作者：汤伟刘辉杨铖刘路登安徽电力调度控制中心合肥230022

为适应电力主管部门和监管机构对于风险评估及越来越高的管控要求,解决各级调度之间传统协同方式智能化水平低、协同作业困难的问题,在分析了省级电网、市和县三级调度机构现有工作模式的基础上,提出了基于BPA计算模型的省地县运行方式... 详细信息

为适应电力主管部门和监管机构对于风险评估及越来越高的管控要求,解决各级调度之间传统协同方式智能化水平低、协同作业困难的问题,在分析了省级电网、市和县三级调度机构现有工作模式的基础上,提出了基于BPA计算模型的省地县运行方式协同分析方法。该方法采用工作流技术,结合电网实测运行数据,实现了省地县三级电网计算数据的整合工作和上下级、同级调度之间协同计算、联合分析工作。实际应用指出省地县运行方式协同分析方法能让电网计算分析工作在更大范围电网内进行。

关键词：协同分析数据拼接计算模型实时断面

图像连通域并行标记与特征值统计IP设计与验证

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图像连通域并行标记与特征值统计IP设计与验证

作者：常诚华中科技大学

学位级别：硕士

图像目标特征提取是目标识别的重要环节,连通域标记是目标特征提取的必要步骤,具有广泛的应用需求和场景,主要应用于自动目标识别与跟踪等嵌入式图像处理系统。系统往往需要对图像进行迭代分割,并多次调用连通域标记与特征值统计模块进... 详细信息

图像目标特征提取是目标识别的重要环节,连通域标记是目标特征提取的必要步骤,具有广泛的应用需求和场景,主要应用于自动目标识别与跟踪等嵌入式图像处理系统。系统往往需要对图像进行迭代分割,并多次调用连通域标记与特征值统计模块进行目标特征提取,对模块的处理速度提出很高的要求。采用软件实现图像连通域标记与特征值统计速度慢,很难满足系统的实时性要求,因此一般采用硬件加速模块,利用硬件并行性的优势,获得比软件更高的处理速度。本文设计了基于FPGA实现的图像连通域并行标记与特征值统计IP,IP在对连通域标记的同时统计特征值,不需要缓存标记中间结果图像,最终输出各个连通区域特征值,减少了资源开销和处理时间。IP每个时钟周期处理8个像素,数据通过率高,能够应用于实时性要求高且硬件资源有限的嵌入式图像处理系统。针对IP初步标记电路关键路径延迟大的问题,提出采用模块化电路和超前计算新临时标记值架构实现并行标记,避免初步标记电路加法器级连,减少了关键路径延迟,提高了电路工作频率。针对IP输入数据格式与初步标记电路输入数据格式不匹配的问题,提出采用数据拼接算法和统一的状态机实现数据拼接,利用较少的资源解决了输入数据格式不匹配问题,使IP能够支持任意大小图像输入。针对IP初步标记电路与特征值统计电路处理速度不匹配的问题,提出采用旁路和控制FIFO读写相结合的数据传输方案实现初步标记电路与特征值统计电路之间的数据传输,确保整个电路不会出现数据堵塞,提高了数据通过率。根据上述方案,本文完成了并行标记与特征值统计IP电路设计、功能验证、综合以及布局布线的工作。目前IP已经嵌入图像处理系统,并在xilinx K7325t型号FPGA板级实现,IP工作时钟频率达到130MHz,数据通过率为934.70 Mpixels/s,处理一帧512?640大小的图像需要0.35ms,1s能够处理2851帧,利用较少的资源满足了嵌入式图像处理系统的实时性要求。

关键词：目标识别特征提取 FPGA 连通域并行标记特征值统计数据拼接

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大尺寸零件在线视觉测量关键技术研究

大尺寸零件在线视觉测量关键技术研究

作者：宋超博河北科技大学

学位级别：硕士

大型工件的尺寸测量精度是衡量整个工件生产质量和设备装配质量的重要标准,得到其相关尺寸可以及时反馈到生产过程中。随着科学技术的飞速发展,重型装备行业对大型零部件的需求量越来越大,对质量的要求也越来越高。然而,目前大型零件的... 详细信息

大型工件的尺寸测量精度是衡量整个工件生产质量和设备装配质量的重要标准,得到其相关尺寸可以及时反馈到生产过程中。随着科学技术的飞速发展,重型装备行业对大型零部件的需求量越来越大,对质量的要求也越来越高。然而,目前大型零件的测量技术主要依靠工人手持大型机械测量工具,且这些测量方式存在精度差、效率低的问题,不能满足当前生产的需要。因此,大型零件尺寸测量技术亟待改进和提高。本文根据现代测量技术的发展和大型零件尺寸测量的要求及应用,将线结构光测量技术应用到大型零件尺寸测量系统中,提出了基于线结构光扫描的大尺寸零件视觉测量系统,并重点研究了其测量原理与相关技术问题。本课题针对大尺寸零件尺寸测量技术展开研究,以测量精度高、实用性强、操作简单的在线测量系统为目的,文章主要完成了以下研究工作:首先,设计并搭建了一种基于线结构光扫描的移动视觉测量平台。基本思想是将投射的线结构光条与工业相机形成的交点作为特征点,通过云台带动的线激光器和摄像机实现快速扫描测量。基于线结构光视觉解析模型,通过图像信息、位置与角度信息获取三维坐标数据点云。针对被测对象轴向尺寸大的特点,采用点云数据拼接的方法,解决了多站多段数据的坐标统一问题。其次,研究了线结构光视觉测量系统的标定方法,标定过程包括摄像机标定和光平面标定。对传统ICP(Iterative closed point)算法进行了改进,该算法对复杂形变和光照变化都有较强的适应性,能够对不同站点位置测量的图像特征点进行匹配和定位,有效解决了不存在明确对应关系的数据点集的定位问题,提高了运算速度和定位精度,取得了良好得匹配效果。最后,搭建了大尺寸零件尺寸测量系统作为实验平台,进行了线结构光扫描测量实验和线结构光光条提取算法实验、线结构光视觉测量系统标定实验、测量精度验证以及三维轮廓测量实验。实验结果验证了结构光光条中心提取算法和测量系统的标定方法具有有效性和实用性。

关键词：大尺寸零件线结构光视觉数据拼接坐标统一

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拉曼激光雷达多参数数据集的构建与应用研究

拉曼激光雷达多参数数据集的构建与应用研究

作者：魏红霞西安理工大学

学位级别：硕士

依托西安理工大学大气温湿度同步探测系统反演的温度和水汽密度数据,研究了激光雷达水汽多参数反演算法,获得了饱和水汽压、水汽压、相对湿度、露点、温度露点差、混合比、比湿和摩尔分数。反演结果与激光雷达传统反演算法获得的数据的... 详细信息

依托西安理工大学大气温湿度同步探测系统反演的温度和水汽密度数据,研究了激光雷达水汽多参数反演算法,获得了饱和水汽压、水汽压、相对湿度、露点、温度露点差、混合比、比湿和摩尔分数。反演结果与激光雷达传统反演算法获得的数据的比对表现出较好的一致性,验证了水汽多参数反演算法的正确性和可靠性。通过MFC(Microsoft Foundation Classes)编程,设计了激光雷达水汽多参数反演算法软件,实现了数据的读取和查询、水汽多参数的反演、反演结果的显示与输出等功能,从而完成了激光雷达水汽多参数数据集的构建,为进一步的分析气候变化提供了丰富的数据资源。针对雾霾期间激光雷达温湿度数据探测高度低的不足,研究了基于误差分析的数据拼接技术。利用模式数据分别开展了晴天激光雷达温度和相对湿度数据的拼接,拼接结果与探空数据的比对表现出较好的一致性,验证了数据拼接技术的正确性和可靠性。从而利用数据拼接技术开展了雾霾期间的温湿度拼接,实现了雾霾期间激光雷达温湿度的大量层探测。以2013年12月的晴天和雾霾天为例开展了多参数数据集的应用研究。(1)利用水汽多参数反演算法,开展了晴天水汽多参数廓线的反演与分析。分析结果表明:晴天西安地区的水汽主要分布在0.0.0km范围内,3.0km以上水汽含量几乎为0。(2)重点研究了雾霾天水汽参数的变化特性。结合NCEP(National Centers for Environmental Prediction,美国环境预测中心)再分析资料和激光雷达水汽数据分别开展了西安地区雾霾前、后的水汽多参数和大气风速场的同步分析。分析结果表明:1.5km～3.0km的高度范围内,雾霾前,受湿空气团和相同方向的风的共同作用使得西安地区的空气湿度增大;雾霾后,受湿空气团和相反方向的风的共同作用使得西安地区的空气湿度减小。(3)结合水汽多参数数据和不同高度层上的相对湿度拼接数据,分析了雾霾全过程的水汽参数分布。分析结果表明:雾霾前后的水汽含量较低,雾霾维持期间的水汽含量较高。水汽含量的增大给雾霾的产生创造了条件,水汽含量的减少给雾霾消散提供了有利的环境条件。

关键词：拉曼激光雷达水汽参数数据拼接雾霾

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基于多节点激光散斑投影的脚型三维测量系统

基于多节点激光散斑投影的脚型三维测量系统

作者：刘畅深圳大学

学位级别：硕士

结构光三维测量技术具有非接触、成本低、精度高等优势,在工业检测、智能制造等领域具有广大应用前景。目前,针对人脚的三维测量设备有了一定的发展,主要有基于激光线扫描和结构光面扫描原理两种类型,存在采集数据时间长、成本高的缺陷... 详细信息

结构光三维测量技术具有非接触、成本低、精度高等优势,在工业检测、智能制造等领域具有广大应用前景。目前,针对人脚的三维测量设备有了一定的发展,主要有基于激光线扫描和结构光面扫描原理两种类型,存在采集数据时间长、成本高的缺陷。本论文针对结构光人脚三维测量开展研究,提出基于激光散斑的多节点脚型三维测量系统,由低成本激光散斑发射装置和摄像机组成,多节点同步采集解决了数据采集时间长的问题。本文主要工作包括:第一,提出了一种用于脚型三维测量的激光散斑发射装置,该装置由激光模组、毛玻璃和套筒组成。通过调节激光模组与毛玻璃之间的距离控制激光散斑颗粒的大小,合理设置多组激光散斑发射装置,形成激光散斑在测量空间的全覆盖。本激光散斑发射装置易于实现,可为脚型三维测量装置提供低成本的散斑结构图案发生器。第二,研究了基于散斑结构光照明的脚型三维测量方法。综合考虑脚型测量需要,选用激光产生散斑图案照明,双目摄像机组成立体视觉系统采集调制图像,利用系统标定参数对图像进行极线矫正,结合约束条件实现对应点的快速匹配,根据标定参数计算三维数据。为获取完整脚型信息,本文系统包括多个传感器从多个角度同时采集脚型数据,采用平面标靶的多传感器结构参数标定方法实现各个传感器获取的三维数据的自动拼接,结合迭代最近点算法进一步精炼拼接结果,最终获得统一坐标下的高质量脚型完整三维点云。第三,依原理搭建脚型三维测量的硬件系统,并编写相应的软件系统。介绍了软件系统的模块结构和功能,利用开源图像处理库OpenCV和点云处理库PCL,分模块实现了多节点传感器同步采集、测量系统标定、三维点云成像、三维点云处理和显示等功能。本系统实现了毫秒级的数据采集,输出的脚型三维点云数据可进一步实现脚型关键尺寸的测量,为脚型分析、个性化制鞋等应用提供有效数据支撑。

关键词：脚型测量激光散斑三维测量多节点数据拼接