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基于结构光学的高速二维扫描系统及其在轨道交通中的应用
| 论文题名： | 基于结构光学的高速二维扫描系统及其在轨道交通中的应用 |
| 关键词： | 隧道工程;断面检测;高速二维扫描系统;双光带结构光 |
| 摘要： | 结构光二维扫描测量法以其大量程、大视场、较高精度、光条信息提取简单、实时性强及主动受控特点，在轨道交通三维信息获取中有着广泛的应用。目前，国内外先进的检测车上普遍采用该方法，获得轨道交通基础设施全断面的测量。但传统的单光带结构光扫描系统在应用中仍存在不足。因而，本论文提出了一种基于双光带结构光的高速二维扫描系统，并将其应用于隧道断面限界检测中，以获得高效、准确的测量结果。 论文首先从系统的测量原理入手，介绍了系统的理论基础、工作过程、所需器件的选型及系统的总体设计方案。然后对主要内容进行分章介绍，包括改进的图像处理算法及其FPGA实现，上位机程序设计及测量标定方法。最后，对系统的模拟实验进行结果分析，验证了系统的可行性。 系统在分析了常用图像处理算法的基础上，改进了光带中心亚像素级提取算法，并将其移植于帧频在300fps，分辨率为1280×1024的图像采集系统中，实现了图像的实时处理与存储。这部分利用流水线结构，将图像处理算法通过VHDL语言移植到FPGA处理器上，使得系统处理速度和光带提取精度大大提升。 上位机程序设计的难点在于实现实时稳定存储FPGA处理后的数据。原有系统数据量为现有系统的一半，且存在严重掉帧现象。现有系统将数据存储通过多线程实现快速稳定的存储。从试验验证结果来看，效果好于单线程。 系统标定过程在标定点的获取一直是一个难点，本系统根据隧道检测现场实际情况，提出一种使用全站仪获取标定点的方法，使得标定点的获取更加快捷有效。得到标定点后，系统采用BP神经网络进行拟合，以标定结构光传感器。 从试验验证结果来看，系统在2m左右范围内，可达到平均误差在3mm以下的测量精度，稳定运行掉帧少，达到了预期要求。 |
| 作者： | 王巧致 |
| 专业： | 检测技术与自动化装置 |
| 导师： | 朱力强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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