基于FPGA的多路无串扰超声测距系统的设计与实现

本文给出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的多路无串扰超声测距系统的设计与实施方案。在前期设计的超声收发一体的硬件电路基础上,本文采用FPGA作为整个测距系统的核心,用于控制编码超声序列的收发及实现基于相关算法的测距。系统中采用有限状态机设计思想,充分利用FPGA中存储器资源。基于前期对不同种类的编码与调制组合性能的评估,本文选择了Gold序列结合二值频移键控调制方式激励超声换能器。为降低回声相关计算的复杂度和减少FPGA内资源占用,采用二值极化相关的方法处理回声信号以捕获渡越时间。实验测试结果表明,该测距系统在35厘米到420厘米的范围内可实现10毫米的测距精度,并可有效消除超声串扰。     

超声测距中的伪随机码渡越时间的捕获

采用数字相关的方法确定超声波测距中的渡越时间.借助于一个经过适当选择的伪随机序列信号作为超声波的发射信号,可以通过数字相关方法求出发射序列和接收序列的相位差,即渡越时间.本文在计算自相关函数时放弃了快速傅立叶变换(FFT)算法,省去了乘法运算,取而代之的是只用异或和加法的并行数字相关技术,它显著地减少了数据处理时间和FPGA资源.系统以Altera公司的quartusⅡ为开发平台,经逻辑综合、布局布线后,适配到FPGA芯片中,给出了仿真结果.     

机器人指尖上的超声测距传感器阵列

一种安装在机器人手指上的多元超声测距阵列已研制成功。这个测距系统由凹面的压电聚合物超声传感器构成,按三维“凹形”分布排列。这样分布减少了传感器的辐射,增加了从手指底部到尖部的工作频率。每一个起伏的单元都与计算控制的扫描和放大单元相连,起着发射器相接收器的作用。文中讨论了超声传感器阵列的一般特性,还提到了利用三角测量法探测和确定任意放置的物体表面的方位,以及利用超声传感探测三维物体的存在和确定它们形状的有关问题。     

移动机器人导航系统中超声测距数据的采集与处理

给出了移动机器人导航系统中超声测距系统的软硬件设计，包括测距数据的采集、处理及通讯等。经在ＴＩＴ－１型移动机器人上实验验证，测距范围０．４～５ｍ，经数据处理后精度±２ｃｍ，可以满足移动机器人室内环境导航的要求。     

一种基于超声波与红外线探测技术的测距定位系统

为了研制出性能较好、精度较高、结构较简、成本较低的测距定位装置,特采用超声波传感器和红外线传感器组成新型测距定位系统,实现了超声波传感器和红外线传感器的功能互补,克服了单一传感器探测系统的不足,使系统的测距精度和定向精度有了明显提高。同时,系统还采用了单片机控制技术,使其具有良好的扩展性,从而增进了该测距定位系统在工程领域的实用性。     

一种高精度超声测距系统的设计

介绍了超声波测距的原理,分析了超声波测距产生误差的原因,设计一种高精度超声测距系统.提出通过确定回波前沿以计算渡越时间,实时测量环境温度修正超声波传播速度,以提高超声波测距精度的方法.在此基础上,设计了超声波测距系统的硬件和软件.实验结果验证了本系统具有精度高的优点.     

基于LTC1609的高精度超声测距系统设计

针对现有超声测距系统测量精度不高的问题,提出一种基于高速模数转换器LTC1609的高精度超声测距系统设计方案.该系统采用AT89S52单片机作为控制核心,设计了超声波发射电路、接收电路以及数据采集模块,利用"软件阈值法"确定回波前沿,并引入温度补偿电路,提高系统测量精度.实验结果证明该系统工作可靠、测距精度高.     

超声波测距系统的设计与实现

介绍一种机器人用三方向超声波测距系统的.作原理及硬件电路设计、软件设计.此系统具有硬件简单、工作可靠、测距误差小等特点.     

数字式时差法超声流量计的设计与实现

基于时差法原理,采用数字化方案设计实现了一种超声波流量计.系统以TMS320F28335数字信号控制器(DSC)为核心,扩展ADS807流水线ADC实现高速数据采集,模拟前端实现超声发射、接收信号调理.DSC软件算法通过互相关及拟合算法求解顺逆流传播时间差,希尔伯特变换与小波变换结合确定渡越时间,在此基础上计算流量.经过流量实测证明,设计的超声流量计充分发挥了数字化方案的优势,较好地完成了流量测量工作.     

基于几何特征的血管快速重建算法

针对X光造影图像中血管三维重建的特殊性,提出了基于血管几何特征的快速重建算法。该算法依据双目视觉的重构原理,按照一定的顺序,选择并匹配具有分叉,转折,末梢等几何特征的点作控制点。使得连接控制点的血管可以简化成一条具有一定宽度的线段。提取并生成各个控制点的三维信息,然后采用“化曲为直,多线逼近”的方法进行三维绘制。达到了快速、简便、数据量小、精度可控性高的效果。非常适合成像质量有限的X光造影图像中血管这类线形几何体的重建。最后在微机平台上,通过实际测试验证了上述优点。     

燃气轮机叶片360°轮廓高精度测量

为了寻找一种既能满足叶片测量精度要求,又能解决叶片高精度测量成本高、测量效率低的测量方法,通过搭建基于相位测量的三维轮廓测量系统,对叶片进行360°测量,由于采集的点云数据需要进行数据融合,设计了一种基于相位测量轮廓方法的多角度点云数据融合机械装置,提出了基于参考平面数据旋转的新算法,最终实现了旋转多角度叶片三维轮廓点云数据高精度的自动融合,得到了完整清晰的叶片三维表面轮廓。同时对叶片局部大曲率部位进行测量,为局部二次因素的详细实验测量提供了有利条件。实验结果证明相位测量轮廓术应用于叶片三维轮廓测量非常具有实际价值。     

基于非对称双相机结构光的三维扫描系统

提出一种基于非对称双相机结构光的三维扫描系统方案。采用结构光法测量深度,采用非对称布置的两台相机,在不降低系统精度的情况下减少遮挡的影响。分析了系统中两相机的成像关系,提出了系统定标和深度测量的算法。实验结果表明,该方法是有效的。     

一种基于形状的三维医学图像插值算法

三维医学图像的层间插值是实现医学体视化的一个重要步骤;传统的直接灰度插值方法只适用于层间距小或形状差别不大的断层扫描图像,否则会产生严重的轮廓模糊现象;文中的三维插值算法通过对轮廓进行多边形近似,将形状和灰度信息较好地结合起来,充分利用了图像的形状信息,从而较好地避免了大层间距和形状差别较大时的轮廓重影问题,实验结果证明了其有效性.     

Artificial 3-D contactless measurement in orthognathic surgery with binocular stereo vision

Stereo vision systems are utilized since it provides contactless measurements of objects in 3-D (three-dimensional). Orthognathic surgery is a very sensitive operation that requires very high accuracy in measurements. The reduction of measurement error is an essential problem in orthognathic surgery. Moreover, quality inspection of the process during the course of operation aids the surgeon to avoid or minimize the mitigating circumstances. In this paper, artificial intelligence methods (neural network and neuro-fuzzy system) are used in order to increase the accuracy of positioning of jaws during the real-time practice. The comparison of artificial measurements with the real measurements shows that a statistically acceptable accuracy is achieved in 3-D positioning of teeth.     

Registration for 3-D point cloud using angular-invariant feature

This paper proposes an angular-invariant feature for 3-D registration procedure to perform reliable selection of point correspondence. The feature is a k-dimensional vector, and each element within the vector is an angle between the normal vector and one of its k nearest neighbors. The angular feature is invariant to scale and rotation transformation, and is applicable for the surface with small curvature. The feature improves the convergence and error without any assumptions about the initial transformation. Besides, no strict sampling strategy is required. Experiments illustrate that the proposed angular-based algorithm is more effective than iterative closest point (ICP) and the curvature-based algorithm.     

交替测量式掘进机定位系统误差建模与分析

交替测量式掘进机定位技术在多次交替测量过程中会产生累计测量误差,从而影响掘进机定位精度。目前主要围绕单次测量误差产生原因、误差分布规律及误差减小方法展开研究,未有针对多次交替测量误差分布规律的研究成果。通过分析交替测量式掘进机定位系统工作原理及定位过程,构建了掘进机定位误差模型。采用作图法验证误差模型的正确性,结果表明作图法与误差模型得到的定位误差基本一致,二者仅存在10^-3数量级误差。通过误差模型研究了角度测量误差、测距误差、推移步长及掘进机与测量平台间距对掘进机定位误差的影响,结果表明:角度测量误差越大,定位误差曲线的曲率越大,即误差增大越快,且Y_T轴定位误差增大速度远大于X_T轴;测距误差对X_T轴定位误差影响较大,测距误差越小,初始X_T轴定位误差越小,但误差变化速度不受影响;随着推移步长增大,Y_T轴定位误差曲线曲率增大,即Y_T轴定位误差增大速度加快;掘进机与测量平台间距和推移步长对掘进机定位误差的影响基本是等效的。采用正交试验方法分析了各因素对掘进机定位误差的影响程度,结果表明:测距误差对X_T轴定位误差影响最大,其次为角度测量误差,推移步长和掘进机与测量平台间距影响最小且二者影响程度一致;角度测量误差对Y_T轴定位误差影响最大,其次为推移步长和掘进机与测量平台间距且二者影响程度一致,测距误差影响最小。通过极差分析方法得到了降低定位误差的最优参数组合。     

三维适形放疗计划系统中的交互式测量方法

为了在制定三维适形放疗计划时合理地确定射线角度,并根据给定射线方向准确计算射线剂量,需要对三维模型进行精确的交互式测量。结合放疗计划系统的需求和医学图像特点,分析三维交互式测量过程,应用平行投影理论实现二维坐标到三维坐标的转换。提出以一个测量端点为起始点的三维任意叠加旋转算法,在重离子放疗计划系统中实现三维精确测量。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

基于测距技术的井下动目标精确定位方法

针对现有煤矿井下人员定位系统定位精度不高、不能满足精确定位场合需求的问题,提出了一种基于测距技术的井下动目标精确定位方法。该方法利用RSSI和TOF测距技术计算动目标的精确位置,在因通信障碍导致测距失败时,利用历史数据估计目标的当前位置。实验结果表明,该方法可以有效获取动目标位置,且运算复杂度低,实时性好,可用于井下精确定位等场合。     

基于双焦点离心测距的移动无线传感网定位算法

为解决移动传感网在拓扑流动性较高情形下存在的定位精度不高、数据传输能力不理想等不足,提出基于双焦点离心测距机制的移动传感网高效定位算法.对多跳路径进行弧度处理,构建基于弧度路径析构的节点椭圆定位机制,将直线路径析构为椭圆弧度边长,避免因裁弯取直而导致定位距离出现偏移,结合锚节点坐标已知的特性,对待定位终端坐标进行精度修...