基于DSP的喷洒水花高速视频采集及分析技术研究

摘要

淋浴花洒是现代家居生活中不可或缺的物品。在旧式花洒的设计过程中，关注的设计指标通常局限于结构、耐用、水流方式这几个方面。随着社会的发展，人们开始逐渐重视节水、节能，以保护我们赖以生存的地球生态。而我国人均水资源仅为世界平均水平的四分之一，属于水资源贫乏的国家，因此研制节水花洒显得尤为重要。而在研制节水花洒的过程中，如何获得最佳清洁效果和舒适的淋浴感受就成为了花洒结构设计中的一个难题。
　　 为此，本文从实际花洒研究出发，构建了花洒喷射场的非接触图像测量系统，从花洒喷射场的喷射速度、喷射角度、喷射场气液分布等参数对花洒的喷射场进行了测量研究。论文的主要工作包括：非接触图像测量方法在花洒喷射场测量中的可行性分析，高速视频采集系统设计与调试，PC机图像测量软件的开发与实现。
　　 系统的硬件部分是高速图像采集系统，主要包括视频解码、FPGA高速采集、DSP数据交换三部分。视频解码部分采用了SAA7111A对摄像机输出的PAL视频信号进行解码，然后FPGA完成图像数据的高速采集工作。为了提高图像采集速度，设计中还通过FPGA实现了高速乒乓缓冲存储区，图像采集时FPGA交替使用两片存储器，同时将另一片存储器中的数据通过FIFO存储器发送给DSP。DSP的主要工作是对图像数据进行预处理，然后通过USB2.0高速总线将图像数据再发送给上位机。软件上主要的工作是FPGA和DSP嵌入式系统的开发与调试、主机端喷射场参数的图像测量方法的研究与实现。为研究适合于喷射场参数非接触图像测量的算法，本文对常用的图像算法进行了测试与对比，筛选出效果好的滤波、边缘提取算法，再结合花洒喷射场特征设计专用的参数测量算法对被测参数进行测量。
　　 本文研究的花洒喷射场图像测量系统已经完成硬件、软件设计，并且成功地完成了花洒喷射角的非接触测量。通过对几只花洒进行测试，图像测量系统能够准确、实时地测量花洒工作中的喷射场角度参数，满足设计时的测试参数要求。通过研究喷射场测量算法，图像测量系统还能同时实现对喷射场速度和喷射场液滴尺寸等参数的测量与记录。