基于CMOS图像传感器的水准仪自动安平系统研究
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摘要
本论文详细论述了一种基于CMOS图像传感器的水准仪自动安平系统。由CMOS图像传感器获取的水准器图像信号经过单片机及其外围电路的处理，得到水准器中水泡的位置。单片机根据所得到的数据判断水准仪是否处于水平位置并控制步进电机将水准仪调节至水平位置。文章还讨论了系统的分辨精度和调节精度，以及提高精度的方法。实验结果表明该自动安平系统能较好地实现水准仪的自动安平，该系统将使用大地测量仪器的安平步骤大大简化，进行测量更加简单方便。
本论文具体描述了该自动安平系统的硬件及软件组成。硬件部分主要包括图像传感器、中央处理器及其外围电路和电机驱动三个部分。软件组成主要包括CMOS图像传感器的图像采集、图像信号处理、单片机IO口模拟IIC总线传输数据和电机驱动的嵌入式程序。
论文对该系统以后的改进也作了一些论述。
An auto leveling instrument system based on CMOS image sensors is described in this thesis. The MCU and its outside circuits handle the image signals obtained by CMOS image sensors, to locate the positions of the bubbles in the plate level. In addition, the MCU judges whether the plate level has been a horizontal place according to these data, and then control the stepping motor to make the instrument level. Topics on the system distinguishing precision and the adjustable precision are also discussed in this thesis, as well as the method to improve the precision. The experiment results show that this auto leveling system can achieve the goal of auto leveling fairly well. What is more, such system greatly simplify the leveling steps in geometric instrument, making it more convenient in measurement.
The hardware and software components are introduced at length. In this thesis hardware components consist of the image sensors, the MCU and its outside circuits, and the motor driving. Software components primarily include the image Collection of CMOS image sensors, image signal processing, data transmission simulation of the 1IC bus in the MCU's I/O ports, and the embedded codes of motor driving.
The possible improvements of the current system are provided in the end.
本论文具体描述了该自动安平系统的硬件及软件组成。硬件部分主要包括图像传感器、中央处理器及其外围电路和电机驱动三个部分。软件组成主要包括CMOS图像传感器的图像采集、图像信号处理、单片机IO口模拟IIC总线传输数据和电机驱动的嵌入式程序。
论文对该系统以后的改进也作了一些论述。
An auto leveling instrument system based on CMOS image sensors is described in this thesis. The MCU and its outside circuits handle the image signals obtained by CMOS image sensors, to locate the positions of the bubbles in the plate level. In addition, the MCU judges whether the plate level has been a horizontal place according to these data, and then control the stepping motor to make the instrument level. Topics on the system distinguishing precision and the adjustable precision are also discussed in this thesis, as well as the method to improve the precision. The experiment results show that this auto leveling system can achieve the goal of auto leveling fairly well. What is more, such system greatly simplify the leveling steps in geometric instrument, making it more convenient in measurement.
The hardware and software components are introduced at length. In this thesis hardware components consist of the image sensors, the MCU and its outside circuits, and the motor driving. Software components primarily include the image Collection of CMOS image sensors, image signal processing, data transmission simulation of the 1IC bus in the MCU's I/O ports, and the embedded codes of motor driving.
The possible improvements of the current system are provided in the end.
引文
【1】王侬，《现代普通测量学》，清华大学出版社，北京，2001
【2】M．A．R．库珀，《现代经纬仪与水准仪》，测绘出版社，北京，1985．9
【3】苏瑞祥，聂恒庄，石干元等，《大地测量仪器》，煤炭工业出版社，北京，1979
【4】郭达志，周丙申，聂恒庄，《大地测量仪器学》，煤炭工业出版社，北京，1986
【5】曾爱军，何平安，余长明，基于CCD图像系统的长水准泡检测方法，光电子．激光，2001，No．10，P．1048～P．1050
【6】李雨田，微倾式水准仪使用方法浅议，河南科技，1997．9，P．26
【7】邢德平(译)，自动安平水准仪，北光通讯，1992．4，P．20～P．23
【8】张怀才，自动安平水准仪补偿器的检验，测绘技术装备，2003．1，P．41～P．42
【9】王侬，《现代普通测量学》，清华大学出版社，北京，2001
【10】孙坚，数字水准仪的现状与发展，北京测绘，1998，No．3，P．33～P．35
【11】木下真之，电子水准仪，发明专利，98104318．6
【12】王明善、肖学年，数字水准仪的原理及误差分析，四川测绘，2000，第23卷第4期，P．47～P．48
【13】李以赫，数字水准仪的性能评述，测绘通报，1993．4，P．33～P．35
【14】董舒，浅述数字水准仪的应用，江苏水利，2002．12， P．30～P．31
【15】章毓晋，《图像处理和分析》，清华大学出版社，北京，1999
【16】郑南宁，《计算机视觉与模式识别》，国防工业出版社，北京，1998
【17】何斌，Visual C++数字图像处理，人民邮电出版社，2001．5
【18】[美]K R Castleman著，朱志刚，林学目，石定机等译，数字图像处理，电子工业出版社，1998
【19】刘恒，位图直接RGB梯度边缘提取法，西南科技大学学报，2002．12，P．31～P．35
【20】罗希平、田捷、诸葛婴等，图像分割方法综述，模式识别与人工智能，1999
年，第12卷第3期
【21】吕同富、刘宝军、半秀芝，图像边缘提取的简单算法及应用，计算机仿真，2003年，第20卷第四期，P．99～P．101
【22】WAVE系列仿真器使用说明
【23】袁祥辉，固体图像传感器及其应用，重庆大学出版社，1996．6，P．86～P．88
【24】程开富，CMOS图像传感器的技术进展及市场分析与预测，国外电子元器件，2000年第四期，P．2～P．6
【25】Charles H．small，CCD，CMOS图像传感器的特点和比较，电子产品世界，1998年第八期，P．68～P．69
【26】赵文伯，刘俊刚，CMOS图像传感器发展现状，半导体光电，1999．年第一期，P．14～P．16
【27】Eric R.Forssum, CMOS Image Sensor: Electronic Camera-On-A-Chip. IEEE Transactions on Electron Device, Vol.44, No. 10, 1997.10
【28】秦石乔，王省书，何焰兰，刘邦模，CMOS数字摄像IC及其在视频图像采集中的应用
【29】李忠高，控制电机及其应用，华中工学院出版社，武汉，1986．8
【30】杨渝钦，控制电机，机械工业出版社，北京，1996．5
【31】SANYO, Low-Voltage/Low Saturation Voltage Type Bidirectional Motor Driver, July, 1999
【32】ATMEL, 8-bit Microcontroller with 16K/32K Bytes Flash AT89C51RB2, 2002
【33】ATMEL, 8-bit Microcontroller with 2K Bytes Flash AT89C2051, 2000
【34】吕向阳，可编程逻辑器件GAL在数字电路中的应用，实验室研究与探索，1998年第3期，P．51～P．53
【35】王瑞林，GAL器件应用的研讨，微型计算机，1996年第16卷第6期，P．84～P．85
【36】Lattice, GAL16V8/883 High Performance E2CMOS PLD Generic Array Logic~(TM), February 1999
【37】Uwe Brockelmann，比较器的合理选择与应用，国外电子元器件，2001年
第8期，P．72～P．73
【38】Texes Instrument, DUAL DIFFERENTIAL COMPARATORS, 2002
【39】刘涳，一种简单实用的E2PROM—AT24C01的应用，现代电子技术，1996年第四期，P．51～P．53
【40】ATMEL，2-wire Serial EEPROM 24C01，2003
【41】张冬冬，ⅡC总线通讯接口器件的CPLD实现，电子技术应用，2002年第8期，P．79～P．80
【42】王立强，基于USB Web Camera的自动对焦系统研究，硕士学位论文，2001
【43】锂电池知识，通信电源技术，2003．4， P．22
【44】彭林红，移动话机用狸电池及其保护电路，渝州大学学报(自然科学版)，2002年第19卷第3期，P．95～P．98
【45】董文军，汗仁煌，基于MSP430的极低功耗系统设计，单片机与嵌入式系统应用，2003年第6期，P．18～P．20
【2】M．A．R．库珀，《现代经纬仪与水准仪》，测绘出版社，北京，1985．9
【3】苏瑞祥，聂恒庄，石干元等，《大地测量仪器》，煤炭工业出版社，北京，1979
【4】郭达志，周丙申，聂恒庄，《大地测量仪器学》，煤炭工业出版社，北京，1986
【5】曾爱军，何平安，余长明，基于CCD图像系统的长水准泡检测方法，光电子．激光，2001，No．10，P．1048～P．1050
【6】李雨田，微倾式水准仪使用方法浅议，河南科技，1997．9，P．26
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【8】张怀才，自动安平水准仪补偿器的检验，测绘技术装备，2003．1，P．41～P．42
【9】王侬，《现代普通测量学》，清华大学出版社，北京，2001
【10】孙坚，数字水准仪的现状与发展，北京测绘，1998，No．3，P．33～P．35
【11】木下真之，电子水准仪，发明专利，98104318．6
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【15】章毓晋，《图像处理和分析》，清华大学出版社，北京，1999
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【18】[美]K R Castleman著，朱志刚，林学目，石定机等译，数字图像处理，电子工业出版社，1998
【19】刘恒，位图直接RGB梯度边缘提取法，西南科技大学学报，2002．12，P．31～P．35
【20】罗希平、田捷、诸葛婴等，图像分割方法综述，模式识别与人工智能，1999
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【21】吕同富、刘宝军、半秀芝，图像边缘提取的简单算法及应用，计算机仿真，2003年，第20卷第四期，P．99～P．101
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【23】袁祥辉，固体图像传感器及其应用，重庆大学出版社，1996．6，P．86～P．88
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【26】赵文伯，刘俊刚，CMOS图像传感器发展现状，半导体光电，1999．年第一期，P．14～P．16
【27】Eric R.Forssum, CMOS Image Sensor: Electronic Camera-On-A-Chip. IEEE Transactions on Electron Device, Vol.44, No. 10, 1997.10
【28】秦石乔，王省书，何焰兰，刘邦模，CMOS数字摄像IC及其在视频图像采集中的应用
【29】李忠高，控制电机及其应用，华中工学院出版社，武汉，1986．8
【30】杨渝钦，控制电机，机械工业出版社，北京，1996．5
【31】SANYO, Low-Voltage/Low Saturation Voltage Type Bidirectional Motor Driver, July, 1999
【32】ATMEL, 8-bit Microcontroller with 16K/32K Bytes Flash AT89C51RB2, 2002
【33】ATMEL, 8-bit Microcontroller with 2K Bytes Flash AT89C2051, 2000
【34】吕向阳，可编程逻辑器件GAL在数字电路中的应用，实验室研究与探索，1998年第3期，P．51～P．53
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【36】Lattice, GAL16V8/883 High Performance E2CMOS PLD Generic Array Logic~(TM), February 1999
【37】Uwe Brockelmann，比较器的合理选择与应用，国外电子元器件，2001年
第8期，P．72～P．73
【38】Texes Instrument, DUAL DIFFERENTIAL COMPARATORS, 2002
【39】刘涳，一种简单实用的E2PROM—AT24C01的应用，现代电子技术，1996年第四期，P．51～P．53
【40】ATMEL，2-wire Serial EEPROM 24C01，2003
【41】张冬冬，ⅡC总线通讯接口器件的CPLD实现，电子技术应用，2002年第8期，P．79～P．80
【42】王立强，基于USB Web Camera的自动对焦系统研究，硕士学位论文，2001
【43】锂电池知识，通信电源技术，2003．4， P．22
【44】彭林红，移动话机用狸电池及其保护电路，渝州大学学报(自然科学版)，2002年第19卷第3期，P．95～P．98
【45】董文军，汗仁煌，基于MSP430的极低功耗系统设计，单片机与嵌入式系统应用，2003年第6期，P．18～P．20