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伴随着“中国制造2025”已经深入实施阶段,视觉测量系统必将在我国的工业自动化领域中扮演着重要角色。由于被测物体的移动速度越来越快,传统的视觉测量系统可能会因为帧频较低而导致丢帧,这就需要提高视觉测量系统的处理速度用以弥补其在快速运动领域的不足,所以本文将研制一套基于NI FlexRIO的高速视觉测量系统,具体研究工作如下。首先,对高速视觉测量系统进行总体方案设计,采用单目视觉与合作目标的方式对目标位姿进行测量。根据系统设计要求,选取合适的高速相机。根据系统的工作范围和视场大小计算出镜头焦距,并确定镜头型号。搭建NI FlexRIO系统硬件平台,根据系统的需求确定其各个子模块型号。考虑到后期图像特征点匹配和相互遮挡等因素,对所用靶标进行分析与设计。基于NI FlexRIO系统选用LabVIEW作为软件平台,并对其进行软件方案设计。其次,对高速视觉测量系统相关算法进行研究。图像特征点质心提取算法在FPGA模块中实现,是系统提升处理速度的关键。基于FPGA图像特征点质心提取算法先将单周期获取像素进行连通域的识别与标记,同时,将上下行间连通的区域进行融合,最后计算已融合的连通域质心坐标。图像特征点匹配算法将获取的特征点质心坐标进行重新排序,使其与靶标的LED特征点一一对应。由于系统采用合作目标方式,所以选用PnP算法对靶标进行位姿求解。然后,对高速视觉测量系统进行软件设计,主要分为FPGA和主机控制器两部分。FPGA部分先将其时钟频率与高速相机时钟同步便于图像数据传输,而后将获取的图像数据缓存,用于图像特征点的质心提取。数据传输模块主要用于FPGA部分与主机控制器部分的数据传输。主机控制器数据记录模块主要用于数据的快速记录,便于后期分析。软件界面设计分为基于FPGA界面设计和基于主机控制器界面设计,前者用于显示系统参数、图像处理的阈值范围、系统状态;后者用于图像处理的阈值设定、系统参数配置、系统状态显示等。最后,搭建基于NI FlexRIO的高速视觉测量系统,用于验证其系统处理速度、图像特征点质心稳定性、位姿解算重复性、测量误差等是否符合系统指标。验证系统处理速度时,将系统帧频依次设为100 fps和190 fps进行位姿测量,统计系统丢帧率。验证图像特征点质心稳定性和位姿解算重复性时,分别在2 m和5.5 m的测量距离进行多次测量,并对测量数据统计分析。验证系统的测量误差时,分别在2 m和5.5 m的测量距离,采用位移精度为5?m的双轴摇摆-直线升降运动校准平台作为系统位移量的标准来检测系统的测量误差。