音膜同心度检测系统的SOPC研究与实现

摘要

小型扬声器是一种把电信号转化为声音信号的发声设备，广泛的应用于现代消费类电子产品、计算机、通信、汽车电子等领域，其音质的好坏直接由构成扬声器的重要部件音膜决定。音膜由振膜和音圈构成，振膜和音圈的同心度是影响其性能指标的一个重要因素。传统的人工测量同心度的方法在测量时要接触音膜，容易导致振膜褶皱、音圈变形，不仅难以测量而且容易产生大的误差。 图像检测技术作为近年来发展和完善起来的现代科学技术，具有精度高、速度快、非接触等优点，在众多工程技术领域不断获得日益广泛的应用。随着FPGA技术的发展，在单片FPGA上构建的SOPC系统进行在线的音膜同心度检测，符合线上检测系统的要求，而且本系统具有在线可编程配制和更新升级等特点，据有很好的灵活性和可扩展性。 本文针对人工音膜同心度检测中遇到的难题，结合图像检测技术和SOPC技术，设计了音膜同心度检测的SOPC系统。主要研究内容如下： 1、介绍了图像检测的概念和系统的组成及发展趋势，数字图像处理的基础理论知识； 2、在分析了Roberts、Sobel、Prewitt、Gauss-Laplace和Canny边缘检测算子的基础上，选择了信噪比高、定位精度高、检测结果为单边缘的Canny算子作为音膜同心度测量系统的边缘检测算子。 3、根据同心度误差检测系统的具体要求，选择合适的NIOSⅡ软核和外围器件构成硬件处理系统，分析图像处理算法，把其中适合用硬件实现的中值滤波、阈值分割、闭运算、边缘检测等算子设计成硬件模块并封装成组件加入系统中。 4、对同心度误差检测系统的各模块进行了设计和实现。根据振膜占视场区域最大的特点，采用阈值分割和轮廓跟踪相结合的方法提取出外圆边缘。针对内圆存在着大量干扰的情况，采用Canny边缘检测和改进随机Hough变换相结合的方法提取出内圆边缘。在提取出外圆边缘和内圆边缘的基础上，采用最小二乘法亚像素算法拟合外圆和内圆，求出同心度。用本系统对一系列音膜进行了测量。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景、意义和内容

1.1.1研究背景

1.1.2研究对象和意义

1.2国内外发展现状

1.2.1国内外同类产品和技术情况

1.2.2市场预测和发展趋势

1.3本文结构安排

第二章数字图像处理基础理论

2.1灰度直方图

2.2中值滤波

2.3图像分割

2.3.1二值化

2.3.2边缘检测

2.3.3轮廓跟踪

2.4数学形态学

2.5小结

第三章音膜同心度检测系统的分析与设计

3.1 SOPC简介

3.1.1 SOPC Builder工具简介

3.1.2 DSP Builder设计流程

3.1.3 NiosⅡ处理器

3.1.4 Avalon交换总线核

3.2 DE2开发平台简介

3.3摄像机的选择

3.3.1图像传感器的选择

3.3.2视场的选择

3.3.3分辨率的选择

3.4系统总体设计

3.4.1 SDRAM控制器核

3.4.2 DMA控制器

3.5系统的工作流程

3.6小结

第四章音膜同心度误差检测系统的实现

4.1图像传感器模块的设计

4.1.1 I2C总线实现

4.1.2 ADV7181的配制

4.1.3图像采集模块设计

4.2 24位真彩色位图转化为灰度图的硬件语言描述

4.3内外圆边缘提取协处理器的设计

4.3.1内外圆边缘提取算法分析及流程设计

4.3.2阈值分割模块设计

4.3.3中值滤波模块设计

4.3.4边缘检测模块设计

4.3.5闭运算模块设计

4.3.6图像处理模块的SOPC组件化设计

4.4 Nios Ⅱ嵌入式CPU软件设计

4.4.1边缘跟踪

4.4.2 Hough圆检测

4.4.3最小二乘法拟合圆

4.5图像显示模块的设计

4.6实验结果与误差分析

4.6.1实验结果

4.6.2误差分析

4.7小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录