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基于摄像头的激光光斑跟踪系统的设计与实现
| 论文题名： | 基于摄像头的激光光斑跟踪系统的设计与实现 |
| 关键词： | 摄像头;轨道高低平顺度;激光光斑;跟踪系统;图像处理;运行效率 |
| 摘要： | 随着我国铁路事业的发展，尤其是近十年来高速铁路的出现，对沿线的轨道质量提出了更高的要求，其中轨道的高低平顺度关乎着列车行车的安全。由于目前的轨道高低平顺度检测的效率渐渐的不能满足实际的需要，而且现有的轨道高低平顺度的检测系统大都精确度偏低、系统的设备检修率较高且设备昂贵，所以在认真分析了现有的轨道高低平顺度的检测方法和查阅了大量的文献的基础上，设计了一种计算机视觉结合激光非接触式测量的方法，对轨道的高低平顺度进行检测。 本论文设计的思想是:利用图像处理技术得到激光光斑中心的像素坐标，通过数学公式的推导，将中心像素点坐标的变化量转化成摄像头需要移动的实际位移量，以嵌入式运动控制器控制步进电机实现摄像头的位置调整，保证光斑中心始终处于摄像机的视场中心，实现对激光光斑的实时跟踪功能。其中，传给步进电机的数据就是对轨道高低检测的信息，这些信息可以为后续的分析提供数据参考。 本设计是基于嵌入式的，减少了人为的干扰，提高了系统运行的效率，在理论和实际应用中具有一定的价值。本论文的主要研究工作有以下几个方面。 (1)针对现有轨道高低平顺度检测系统的缺点，设计了本系统的计算机视觉结合激光的测量方法。在查阅大量文献和分析的基础上，规划了本系统的总体结构:计算机视觉使用OpenCV库完成对激光光斑的图像处理;运动控制使用的是ARM开发板与57BYGH7610步进电机。 (2)在硬件平台上，完成操作系统Linux的移植，包括移植引导程序、内核的移植以及根文件系统的制作。对系统移植进行调试工作，发现并解决相应的问题。 (3)搭建基于USB摄像头的图像采集平台，利用OpenCV类库对采集到的光斑图像进行处理;推导出图像像素坐标与摄像机坐标之间的关系，在此基础上，通过分析计算，找到图像单位像素与物体实际位移之间的对应关系。 (4)在摄像头的运动控制方面，对驱动步进电机转动的驱动电路进行分析，设计电路原理图和相应的PCB，在加工制作成的板子上焊接相应的芯片和元器件，通过调试，要保证设计的电路能够顺利的工作。 最后对本系统进行调试，并就本系统存在的问题和产生的误差进行了分析，同时就本系统需要改进的地方，展望了未来进一步的研究工作。 |
| 作者： | 焦奎 |
| 专业： | 计算机技术 |
| 导师： | 蒋朝根 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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