论文部分内容阅读
随着工业的发展，对测量技术的要求也是越来越高的，同时近些年来激光技术得到了迅猛地发展，由于激光具有单色性、高亮度，良好的相干性，使其在测量领域具有独特的优势。作为激光技术的一个重要分支，激光测量技术已经成为在线测量技术方面的不可或缺的测量手段，已经广泛应用到工业和生活中各个测量领域。本文研究了激光三角测量法和线结构光基本原理，对二维激光位移传感器电学部分进行设计，目的是实现其对图像信息的采集功能。本文利用可编程逻辑器件FPGA作为核心控制芯片，主要完成的工作有：(1)基于激光三角测量法，建立了二维激光位移传感器的数学模型，给出了二维激光位移传感器的总体设计方案。(2)深入了解面阵CCD成像系统的原理，设计基于ICX285AL面阵CCD的图像采集硬件电路，硬件电路包含CCD驱动电路与FPGA模块两部分，具体采用EP3C25F256A7FPGA核心控制芯片完成对基于ICX285AL面阵CCD成像模块的驱动，利用基于AD9824的相关双采样模块对图像信号进行放大，消除复位噪声，利用SDRAM存储器对图像数据存储，最后利用USB接口芯片把存储器的图像数据传输到PC上进行显示。(3)针对系统的硬件平台，基于Verilog语言完成二维激光位移传感器电学图像信息采集硬件系统各模块的时序逻辑设计，包括CCD驱动模块，A/D转换模块，以及SDRAM模块时序逻辑的仿真输出。(4)针对线结构光条纹的特点，首先对其进行高斯滤波，然后进行二值化处理，最后对线结构光条纹中心提取的算法进行研究，比较几种方法的优缺点后，最终采用Steger算法确定结构光条纹中心法向量，进而实现了结构光条纹中心的提取，并对结构光标定理论进行研究，实现了图像二维坐标与空间坐标的转换，还原被测物体真实的表面轮廓信息。本文在二维激光位移传感器研究课题的基础上，对传感器电学软硬件部分以及部分图像处理部分进行设计与实现，为后续的软硬件优化，各模块整合至最终整机的实现奠定一定的研究基础。