[发明专利]基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统，其特征在于，基于Zynq嵌入式开发平台构建视觉传感器模块、视觉标定与焊缝特征提取模块、通信与存储模块以及LCD触摸屏显示与控制模块；

所述视觉传感器模块由COMS传感器和线激光器组成，用于采集焊缝激光特征图像；所述视觉标定与焊缝特征提取模块用于提取焊缝激光图像特征点，依据标定结果获取焊点空间坐标信息；所述通信与存储模块负责传输存储数字图像与数据；所述LCD触摸屏显示与控制模块通过设计的用户图像界面实时显示图像和控制各模块有序执行。

2.根据权利要求1所述的基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统，其特征在于，所述Zynq嵌入式开发平台包含ARM处理子系统PS部分和可编程逻辑单元PL部分，两部分通过AXI4接口实现ARM处理器和FPGA之间的通信和数据交互；PS端集成USB、IIC、UART外设通信接口和DDR控制器。

3.根据权利要求2所述的基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统，其特征在于，所述CMOS传感器采集数字图像并通过USB接口与PS部分连接，由PS端接收图像数据；所述线激光器可TTL调制，其调制信号由PL端的GPIO提供。

4.根据权利要求3所述的基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统，其特征在于，所述CMOS传感器采用Daheng Image的MER-031-860U3M，可采集640×480的灰度图像，支持嵌入式linux环境下开发；所述线激光器中心波长650nm，输出功率10mW，具有TTL调制功能。

5.根据权利要求1所述的基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统，其特征在于，所述CMOS传感器与线激光器的相对位置固定，视觉标定包括相机标定与线结构光光平面标定；

所述焊缝特征提取模块将所述视觉传感器模块提取的焊缝激光图像经过滤波去噪、自适应阈值分割与形态学处理后提取激光条纹中心线像素点，依据标定结果获取空间坐标信息。

6.根据权利要求1所述的基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统，其特征在于，所述通信与存储模块由千兆以太网接口与SD存储卡构成；以太网PHY芯片通过RGMII接口跟ZynqPS系统的MAC层进行数据通信，通信模块的传输层使用TCP/IP协议实现与上位机的数据传输，所传数据包括：系统工作记录文档、标定结果、焊缝特征点计算结果和无法提取特征的错误图像；

存储模块使用SD卡实现存储任务，文件系统为FAT32，存储Zynq系统的BOOT程序，Linux操作系统内核，文件系统以及Qt和OpenCV库镜像文件。

7.根据权利要求1所述的基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统，其特征在于，所述LCD触摸屏显示与控制模块由TFT LCD屏与电容触摸屏构成，图像数据从ARM处理器的AXI-HP接口输出，经过通过axiinterconnect连接axi_vdma IP，axi_vdma通过AXI-Stream流接口连接到axi4s_vid_out IP并输出驱动信号给LCD触摸屏模块，使用v_tc IP来控制输出的显示格式和分辨率的时序控制，使用axi_dynclk IP来产生LCD触摸屏模块的像素显示时钟信号；

PS部分的IIC接口读取LCD触摸屏模块的触摸信息。

8.根据权利要求7所述的基于Zynq的嵌入式焊缝轨迹视觉检测系统，其特征在于，人机交互界面包括实时数据显示区域和模块控制控件区域。