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地下管线位置分布的图像检测技术研究
作 者: 童飞
导 师: 汪贵华
学 校: 南京理工大学
专 业: 物理电子学
关键词: 地下管线位置检测 嵌入式系统 OV9650设备驱动 摄像机标定 目标检测与定位
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
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内容摘要
随着城市规划建设步伐的加快,地下管线的建设和维护正扮演着不可或缺的角色。施工人员在对管道维护施工之前,必须充分弄清施工地点周围的地下管线的铺设情况、地理位置和埋设深度。目前,工程应用中主要使用管线探测仪、探地雷达等设备获取管线位置分布的相关参数并绘制管线分布图,但这些方法在实际测量中存在抗干扰能力弱、工作量大、定位精度不高等问题。本文根据瑞典Reflex Maxibor钻孔测斜仪的光学测量原理,提出一种将计算机视觉检测技术和ARM嵌入式处理技术相结合的管线位置检测新方法,该方法通过计算CMOS图像传感器前方的目标圆环的三维位置信息来实现地下管线的位置检测,装置在管内自动检测,有效地降低了工作量和检测成本。地下管线位置分布检测系统主要包括图像采集子系统、摄像机标定子系统、目标检测与定位子系统、数据处理子系统。图像采集子系统以OV9650摄像头作为图像采集设备,设计和编写了OV9650设备驱动程序,并利用Linux中提供的中断处理、信号量、等待队列等机制解决了设备的并发控制问题,用户应用程序完成了目标圆环图像数据的采集。由于摄像头一般存在透镜畸变效应,本文在摄像机标定子系统中分析了摄像机的成像模型并采用张氏标定法对摄像机进行标定,利用计算得出的内参数和畸变参数对采集到的图像进行校正,提高了系统的测量精度。对校正后的图像利用图像滤波、阈值分割、高光消除、轮廓提取等图像处理算法计算出目标圆环的位置信息,数据处理子系统中可以利用这些位置信息重建出管线的形状与方位。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-7 1 绪论 7-11 1.1 课题的研究背景及意义 7 1.2 国内外地下管线位置检测研究现状 7-10 1.2.1 外置式管线位置检测方法 8 1.2.2 介入式传感的管线位置检测方法 8-10 1.3 本文主要研究内容及章节安排 10-11 2 地下管线位置分布检测系统的总体方案 11-19 2.1 管线位置检测系统的硬件结构 12-15 2.1.1 S3C2440嵌入式微处理器 12-14 2.1.2 图像采集设备的选择 14-15 2.2 管线位置检测系统的软件结构设计 15-17 2.2.1 嵌入式Linux操作系统 15-16 2.2.2 设备驱动程序及应用程序设计 16-17 2.3 管线位置检测系统开发环境的搭建 17-18 2.3.1 嵌入式系统开发流程概述 17-18 2.3.2 OpenCV计算机视觉库 18 2.4 本章小结 18-19 3 嵌入式Linux设备驱动程序设计 19-37 3.1 OV9650图像传感器 19-21 3.1.1 OV9650的基本结构 19-20 3.1.2 摄像机接口的应用 20-21 3.2 摄像机接口寄存器的配置 21-22 3.3 OV9650内部寄存器的配置 22-26 3.3.1 SCCB简介 22-23 3.3.2 SCCB通信时序的实现 23-26 3.4 OV9650设备驱动程序的设计与实现 26-34 3.4.1 注册摄像头设备 26-28 3.4.2 文件操作接口函数的实现 28-30 3.4.3 设备访问的并发控制 30-34 3.5 OV9650设备驱动测试 34-36 3.6 本章小结 36-37 4 摄像机系统标定及图像像点的校正 37-47 4.1 摄像机成像模型 37-41 4.1.1 线性成像模型 37-40 4.1.2 非线性成像模型 40-41 4.2 张氏标定法求解摄像机参数 41-43 4.3 标定与校正实验与分析 43-46 4.4 本章小结 46-47 5 目标圆环位置检测 47-64 5.1 图像滤波去噪 47-50 5.1.1 邻域平均法 48 5.1.2 中值滤波法 48-50 5.2 消除金属圆环图像的高光效应 50-54 5.2.1 高光区域的自动检测 50-51 5.2.2 直方图规定化消除高光效应 51-54 5.3 目标圆环的检测 54-57 5.3.1 Otsu法计算最佳阈值 55-57 5.4 图像形态学去噪 57-59 5.4.1 膨胀和腐蚀操作 58-59 5.4.2 闭运算去除噪声 59 5.5 目标圆环中心提取 59-63 5.5.1 基于轮廓的孔洞填充 59-61 5.5.2 重心法计算圆环中心 61-63 5.6 本章小结 63-64 6 结束语 64-66 致谢 66-67 参考文献 67-69
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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