基于FPGA的紙病檢測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著造紙工業(yè)飛速發(fā)展，人們對于紙張的質(zhì)量要求不斷提高，目前，高速造紙機(jī)的迅速推廣，紙機(jī)的紙幅一再加寬、車速不斷加快，給紙張表面質(zhì)量檢測，即紙病在線檢測帶來巨大困難。傳統(tǒng)的基于機(jī)器視覺的紙病檢測技術(shù)是采用“CCD相機(jī)+PC機(jī)”的模式，雖然該方法具有功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、算法易實現(xiàn)的優(yōu)點，且在低車速窄紙幅造紙機(jī)范圍內(nèi)取得較好的應(yīng)用效果，但隨著紙機(jī)車速的提高和紙幅寬度的增加使得該模式下的處理速度的瓶頸日益突出，越來越難以滿足造紙生產(chǎn)實時

2、性的要求。而基于“CCD相機(jī)+FPGA+DSP+PC機(jī)”的紙病檢測系統(tǒng)，又具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、開發(fā)周期長、通用性較差的缺點。
　　為此，本文提出一種“CCD相機(jī)+FPGA+PC機(jī)”模式下的紙病檢測方案，充分利用FPGA的并行流水線處理結(jié)構(gòu)所帶來的FPGA運算速度高的優(yōu)勢，將其應(yīng)用在造紙生產(chǎn)線上，將運算任務(wù)和管理任務(wù)分離，分別由FPGA和PC承擔(dān)，F(xiàn)PGA分擔(dān)圖像預(yù)處理、特征量的提取與分類等檢測算法實現(xiàn)等功能，從而克服紙病檢測系統(tǒng)核心——

3、PC機(jī)串行方式運算速度低的問題。其中主要工作包括以下幾部分:
　　(1)確定了“CCD相機(jī)+FPGA+PC機(jī)”的工作模式。通過對“CCD相機(jī)+PC機(jī)”模式的研究，分析了該模式下的紙病檢測系統(tǒng)處理速度，并針對因串行存在的瓶頸問題提出了解決方案:將以前在PC上進(jìn)行的圖像處理算法大部分在FPGA上實現(xiàn)，利用FPGA并行流水線的工作模式提高了處理速度，以保證系統(tǒng)處理的快速性;
　　(2)對紙病檢測算法進(jìn)行了研究，其中包括:圖像預(yù)處理

4、、特征提取、圖像分類這幾部分。在算法研究中，以常見紙病類型（黑斑、亮斑、邊緣裂紋、孔洞）為研究對象，對這4種紙病的特點進(jìn)行分析和研究，確定了具體的圖像處理算法:中值濾波、邊緣檢測、GLCM特征提取、貝葉斯分類;
　　(3)系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)。將整個系統(tǒng)分為兩部分進(jìn)行設(shè)計，第一部分為FPGA端設(shè)計，共分為七個子功能模塊，分別為圖像采集模塊、格式轉(zhuǎn)換模塊、存儲模塊、預(yù)處理模塊、特征量提取模塊、分類器模塊、串口通信模塊，在這部分成功將圖

5、像灰度共生矩陣提取算法和貝葉斯算法移植到FPGA端，并應(yīng)用于圖像特征量的提取和分類;第二部分為PC端上位機(jī)設(shè)計，主要通過Qt Creator將上位機(jī)開發(fā)分為三部分進(jìn)行，分別為登錄界面設(shè)計、主界面設(shè)計和子界面設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時讀取、實時顯示、按鍵控制、數(shù)據(jù)庫讀寫等功能。
　　本文提出并實現(xiàn)了基于FPGA的紙病檢測系統(tǒng)，打破了原本單一PC通過串行方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的固有模式，利用FPGA的并行處理特性將紙病檢測的速度提升，解決了該方