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浮体六自由度测量系统的硬件设计与实现

王超  
【摘要】:浮体的六自由度运动,是海洋、港口和船舶工程模型试验研究中的的重要参考信息,传统的接触式测量方法是利用直尺测量位移值,使用陀螺仪测量摇角,通过光线示波仪记录信号,人工读取分析,精度低,浪费人力物力,无法满足使用要求。非接触式测量系统采用双CCD抓取图像,利用三维重构计算物体的三维空间坐标,对浮体的移动没有任何影响,精度相对较高,通过提高分辨率和定位算法还有更大的性能提升空间。 在测量系统中,主要的任务有两大部分,一个是算法的改进,二是系统的硬件化。本文在介绍了系统中使用的三维重构方法之后,着重讨论了测量系统的硬件化过程,最初的非接触式测量系统采用的是视频采集卡采集图像,微机进行所有的数据处理和运算,速度很慢,达不到实时性的要求,浮体每时每刻都在移动,为了能够跟上连续抓拍的速度,需要更快的专用处理器DSP(Digital Siginal Processor,数字信号处理器)来进行运算,硬件化的测量系统采用FPGA对视频信号进行采集和处理,经过二值化等预处理之后,通过DMA通道送入DSP的SDRAM中,再由DSP识别出计算所用的参考点,并进行三维重构运算,计算出物体的三维坐标,进而与其他的数据比较之后得出物体的六自由度分量,供工程设计和科学研究参考。 最后,本文在总结了现有系统的构成的基础上,提出了一些改进意见,包括换用新型的FPGA以简化视频采集,跳过二值化处理采用亚像素定位等,这在一定程度上可以提高系统的稳定性和精确度。


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