本文關(guān)鍵詞：基于機(jī)器視覺(jué)的軌道幾何特征提取算法研究及實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 幾何特征 機(jī)器視覺(jué) 隨機(jī)Hough變換 FPGA DSP Canny邊緣算子

【摘要】：地鐵隧道不均勻沉降是影響地鐵正常運(yùn)行的重要因素,建立隧道長(zhǎng)期沉降變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)、掌握隧道整體變形情況、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患就顯得格外迫切與必要�；跈C(jī)器視覺(jué)的SLAM算法可以恢復(fù)出軌道空間線性特性,將恢復(fù)的空間線性與之前線性進(jìn)行對(duì)比即可得知軌道沉降坐標(biāo)。而SLAM核心步驟為特征提取、匹配及三維重建�；诖�,產(chǎn)生了本文研究?jī)?nèi)容:基于機(jī)器視覺(jué)的軌道幾何特征提取及實(shí)現(xiàn)。本文提取出的軌道幾何特征能為后續(xù)SLAM算法提供技術(shù)支持,本文主要研究了以下內(nèi)容:(1)從匹配角度上將圖像幾何特征提取轉(zhuǎn)化為直線特征提取的特性研究以及軌道結(jié)構(gòu)分析。在圖像的預(yù)處理過(guò)程中,研究了高斯濾波降噪、圖像灰度變換、適應(yīng)閥值二值化、洞形填充、構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算和取反等理論。并分析了幾種邊緣檢測(cè)算子,從理論和實(shí)驗(yàn)的角度得出適合本文的邊緣提取算子。(2)分析了直線提取算法—標(biāo)準(zhǔn)Hough變換,針對(duì)Hough變換占用高內(nèi)存的情況,深入研究了隨機(jī)Hough變換,同時(shí)針對(duì)隨機(jī)Hough提取偽像素的弊端,對(duì)隨機(jī)Hough變換加以改進(jìn)。以及分析了基于直線幾何特性的軌道直線匹配方法,針對(duì)基于幾何屬性的匹配算法出現(xiàn)的匹配盲目性,提出一種先利用直線段長(zhǎng)度、梯度方向和中心點(diǎn)位置的粗匹配和后利用該直線段中點(diǎn)梯度信息的精確匹配的改進(jìn)算法。并從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證算法的正確性。(3)激光傳感器ACR-LD131、FPGA和DSP開(kāi)發(fā)板為核心的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的搭建。其中包括DSP電路板設(shè)計(jì)、DSP的激光傳感器數(shù)據(jù)處理、DSP觸發(fā)相機(jī)拍照以及FPGA的圖像預(yù)處理過(guò)程。最后總結(jié)了本文的特征提取、匹配及硬件設(shè)計(jì)等方面的工作,同時(shí)指出了圖像匹配時(shí)間長(zhǎng)、FPGA開(kāi)發(fā)板針對(duì)圖像邊緣提取效果不佳等不足之處。本文工作的重點(diǎn):(1)圖像直線特征提取算法——隨機(jī)Hough變換;(2)基于直線段屬性和中點(diǎn)描述符的直線匹配算法;(3)FPGA的圖像預(yù)處理和激光位移傳感器的DSP數(shù)據(jù)處理。
【關(guān)鍵詞】：幾何特征 機(jī)器視覺(jué) 隨機(jī)Hough變換 FPGA DSP Canny邊緣算子
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U456.3;U216.3
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 課題背景及意義13-15
• 1.1.1 課題來(lái)源13
• 1.1.2 選題背景13-14
• 1.1.3 選題意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 直線提取的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 直線匹配的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 研究?jī)?nèi)容和論文結(jié)構(gòu)17-19
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)18-19
• 第二章 軌道圖像直線特征預(yù)處理及邊緣檢測(cè)19-38
• 2.1 軌道結(jié)構(gòu)分析19-20
• 2.2 圖像預(yù)處理20-27
• 2.2.1 軌道圖像的高斯濾波降噪20-22
• 2.2.2 圖像灰度變換22-23
• 2.2.3 軌道圖像二值化23-24
• 2.2.4 圖像洞形填充、構(gòu)造函數(shù)形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算和取反運(yùn)算24-26
• 2.2.5 鋼軌和扣件圖像預(yù)處理實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.3 軌道圖像邊緣檢測(cè)27-33
• 2.3.1 梯度和方向28-29
• 2.3.2 邊緣算子29-33
• 2.4 鋼軌和扣件邊緣提取試驗(yàn)結(jié)果33-37
• 2.4.1 鋼軌和扣件邊緣提取流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析33-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 軌道圖像中鋼軌和扣件直線特征提取38-49
• 3.1 直線提取方法38-40
• 3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)Hough變換38-39
• 3.1.2 Hough變換性能的分析39-40
• 3.2 隨機(jī)Hough變換40-42
• 3.2.1 隨機(jī)Hough變換原理40-42
• 3.3 改進(jìn)后的RHT42-44
• 3.3.1 改進(jìn)方法43-44
• 3.4 提取軌道和扣件直線特征總流程44-45
• 3.5 基于RHT的鋼軌和扣件直線特征提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析45-47
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果45-47
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)分析47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第四章 軌道圖像中鋼軌和扣件直線特征匹配49-64
• 4.1 軌道圖像直線匹配49-50
• 4.1.1 直線特征提取49
• 4.1.2 特征直線描述49
• 4.1.3 相似性度量49-50
• 4.2 軌道圖像中直線表示法50
• 4.3 直線的中點(diǎn)描述符與直線段匹配法50-55
• 4.3.1 鋼軌和扣件的直線段描述51-52
• 4.3.2 鋼軌和扣件的直線段匹配52-54
• 4.3.3 軌道和扣件直線特征匹配總流程54-55
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析55-63
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-62
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)分析62-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第五章 鋼軌和扣件直線特征提取與匹配系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)64-83
• 5.1 鋼軌和扣件直線特征提取與匹配系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)64-66
• 5.1.1 直線特征提取與匹配系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)64-66
• 5.2 光源與CCD視覺(jué)傳感器66-68
• 5.2.1 光源的選擇與照明方案66-67
• 5.2.2 視覺(jué)CCD傳感器的選擇67-68
• 5.3 ACR-LDS131激光位移傳感器68-72
• 5.3.1 激光位移傳感器工作原理68
• 5.3.2 激光位移傳感器選擇與扣件區(qū)域掃描68-72
• 5.4 FPGA專(zhuān)用開(kāi)發(fā)板72-77
• 5.4.1 基于Xilinx Virtex6 FPGA的開(kāi)發(fā)板72-73
• 5.4.2 基于圖形界面的FPGA開(kāi)發(fā)環(huán)境Visual Applet73-77
• 5.5 DSP開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)77-82
• 5.5.1 DSP簡(jiǎn)要概述77-78
• 5.5.2 TMS320DM6437結(jié)構(gòu)及硬件特性78-79
• 5.5.3 電路板設(shè)計(jì)79-82
• 5.6 本章小結(jié)82-83
• 第六章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 總結(jié)83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果89-90
• 致謝90-91

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