基于FPGA的双绞线图像检测系统研究

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随着互联网的迅猛发展,人们需要更多的网线并要求其有更高的传输速度,而更高的速度将导致双绞线内部的串扰显著增加。因此,为了能在网线生产过程中将串扰维持在一定的范围内,便需要快速准确地测量双绞线的绕距值。鉴于软件平台在处理速度方面的不足,导致其无法满足真实生产环境下对实时性的要求,因此采用硬件平台来实现图像检测算法逐渐成为当前的研究热点。目前,现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术凭借其处理速度快、单位成本低、运行功耗低等优点,使得人们广泛地采用该技术处理数据量巨大的图像检测算法。本文研究一种基于 FPGA的实时图像检测系统,结合FPGA的特点对原始的图像检测算法进行分析和改进,运用模块化设计思想和流水线技术,从而大幅度增加图像检测系统的实时处理能力。主要工作如下:  (1)通过对比现有图像检测系统的实现方案,并参考FPGA在图像检测方面的研究现状与趋势,决定采用FPGA平台构建检测试验系统用以模拟实际的双绞线生产环境,从而方便图像检测系统的实现与验证。  (2)使用Verilog HDL语言实现摄像头初始化模块、图像数据采集模块、Bayer阵列恢复与灰度化模块、SDRAM控制器、绕距检测模块、UART发送模块、VGA显示模块,并通过Modelsim进行功能仿真后再在硬件平台上进行验证,表明本文提出的系统具有可靠性强、实时性好等特点。  (3)详细讨论并改进了Canny边缘检测算法在FPGA上的实现,主要包括去噪算法和梯度方向角计算方法的改进,使本系统能够实时地、精确地检测出双绞线的边缘。接着利用得到的边缘图像通过比例尺转换得到绕距值,并计算该值与实测值之间的绝对误差。  (4)使用Java语言设计并实现了一款上位机监控软件,该监控软件不断地接收来自图像检测系统中计算所得的绕距值,并实时地以直观的折线图方式显示于屏幕上,同时将绕距数据存入数据库中保存。
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