CN107796309A - 一种嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法 - Google Patents

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高冰
宋宝宇
王靖震
柴明亮
杨东晓
王奎越
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Abstract

本发明提供一种嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法,包括嵌入式图像处理和数据通讯两部分,设计以数字信号处理器DSP为核心器件的嵌入式带钢宽度检测控制系统,通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息,经DSP进行带钢图像边缘搜索算法分析与处理后,得到带钢宽度信息,最后通过千兆以太网将处理好的带钢宽度信息传输给上位机,为生产提供支持。本发明集成度高,板卡尺寸小,抗干扰能力强,系统数据传输能力大、速度快,可实现钢板宽度在线检测,检测精度达到0.5mm,并可节省大量的系统资源,具有结构简单、维护方便的优点。

Description

一种嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法
技术领域
本发明属于板带钢宽度检测工艺领域,尤其涉及一种基于嵌入式系统与千兆以太网的高速带钢宽度检测方法。
背景技术
在带钢轧制过程中,随着众多控制模型的引进,带钢宽度作为模型参数,需要实时、准确地传送到模型中去,进而对轧机轧制起到控制作用,因此钢板宽度作为轧钢工艺中重要的参数,直接决定了带钢的成材率和生产成本。带钢宽度偏差每减少1mm,成材率就可以提高0.1%左右,宽度控制技术可以显著提高经济效益和产品竞争力。
在现代冶金行业中,带钢宽度测量成为质量控制中重要的环节,目前在板带生产过程中的宽度测量主要有两种方法,一种是利用激光测宽;另一种是利用CCD传感器测宽。激光测宽原理为通过测距的方式测量板带金属材料的宽度,由于受到带材跳动的影响,因此只适合于中厚板和带钢跳动较小的生产线。
CN 103240283A公开了一种带钢宽度自动检测方法,其原理是带钢两侧分别布置两组X射线厚度检测单元,进行带钢寻边操作,通过位移传感器检测移动距离值,再通过计算带钢宽度值。但此宽度检测方法的检测精度只能达到1mm,且系统原理复杂。论文《CCD光电测宽仪装置的研制》中,其宽度检测仪包括CCD时钟与放大电路、CCD时钟驱动电路、摄像头、同步曝光与二值化电路、光电耦合脉冲计数电路、I/O板、继电器输出板、模拟量输出输入板等。这种带钢宽度测量方法降低了系统的集成度,增加了系统的冗余度,使得系统庞杂。
发明内容
本发明旨在克服传统接触式带钢宽度测量方法存在的精度低、检测设备庞杂、抗干扰能力差等缺陷,进而提供一种检测精度高,数据传输速度快,可实现钢板宽度在线检测的带钢宽度信息检测方法。
为此,本发明所采取的技术解决方案是:
一种嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法,通过高速线阵CCD相机采集带钢图像信息,由数字信号处理器DSP对采集到的带钢宽度信息进行处理,得到带钢的宽度信息并通过千兆以太网实时传给上位机,实现对带钢宽度信息的在线检测;其具体方法为:
(1)嵌入式图像处理:设计以数字信号处理器DSP为核心器件的嵌入式带钢宽度检测控制系统,通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息,经DSP进行带钢图像边缘搜索算法分析与处理后,得到带钢宽度信息,最后将带钢宽度信息实时传输给上位机;DSP作为系统控制核心器件,集成千兆以太网控制模块和数据运算模块,降低系统的冗余程度,对各功能模块进行统一管理;嵌入式处理系统对高速线阵CCD相机传送过来的图像信息进行处理,其中包括在DSP上进行图像边缘搜索图像处理,从而得到带钢宽度信息;
(2)数据通讯模式:使用千兆以太网作为数据通讯接口,实现在线插拔更换和高速的数据传输;嵌入式图像处理系统对高速线阵CCD相机采集到的图像信息进行宽度识别处理,同时通过千兆以太网将处理好的带钢宽度信息传输给上位机,为生产提供支持。
所述嵌入式图像处理过程中钢板边缘检测的原理是利用钢板边缘两侧图像存在的灰度差别来进行检测;钢板宽度实时检测的具体方法是:利用灰度梯度阈值搜索算法对钢板进行边缘检测,其步骤为:
(1)搜索可疑点,通过行扫描的方式检测垂直方向的边缘:设(x,y)为图像中某一像素点坐标,f(x,y)为该点灰度值,f(x,y)-f(x-1,y)>σ,0<x<X,0<y<Y,那么(x,y)为可疑点;
(2)寻找可疑点最多的区域:设定x区域与y区域如下:(x1,x2),0≤x1<x2<X,(y1,y2),0≤y1<y2<Y,如果可疑点在(x1,x2)和(y1,y2)中分布的最多,那么(x1,x2)或者(y1,y2)就是钢板边缘所在区间;对于相同的纵坐标y的两点(x1,y1),(x2,y1)横坐标进行相减得到Δx,Δx即为钢板的宽度信息;其中,σ为设定的参考值,X代表钢板的横向,Y代表钢板的纵向。
所述数据通讯是通过设计DSP与网络控制器控制带钢宽度信息的高速传输,嵌入式操作系统利用美国德州仪器公司的DSP/BIOS与网络开发套件NDK,NDK通过编程接口与本地嵌入式操作系统和底层硬件系统隔离;基于DSP/BIOS与NDK完成千兆以太网通讯接口软件设计,实现带钢宽度信息高速传输;其具体实现过程为:
(1)进行NDK初始化,建立PRD对象,建立HOOK对象;
(2)在CCS中进行设置,添加NDK头文件和库文件,设置NDK编译时连接顺序;
(3)更新工程CMD文件;
完成上述过程后进行数据传输软件设计,基于UDP的数据发送程序设计如下:
1)调用fdOpenSession(Taskself())建立文件符表;
2)建立UDP Socket,将待发送的信息进行UDP数据包封装,交由协议栈内部进行IP数据包封装,再传递到底层打包成以太网数据包发送到网络中,完成数据通讯。
所述UDP的主要收发函数为:
udp=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP);
Sendto(sudp,pBuf,frame_len,0,&sin1,sizeof(sin1);
Recv(s,pBuf,4096,MSG_WAITALL)。
本发明的有益效果为:
1、可实现钢板宽度在线检测,检测精度达到0.5mm。避免了传统的接触式带钢宽度测量方法精度有限、检测设备庞杂、抗干扰能力差等缺点。
2、由于将多功能模块集成到同一块嵌入式处理芯片DSP上,集成度提高,大大缩小了板卡的尺寸。
3、使用千兆以太网接口作为高速数据传输的通道,提高了系统的数据传输能力与速度。
4、使用极少的设备与器件以及总线方式保证带钢宽度测量能够实时、准确地进行,节省了大量的系统资源,具有结构简单、维护方便的优点。
附图说明
图1是嵌入式处理平台结构框图;
图2是边缘搜索图像处理算法示意图。
具体实施方式
由图1可见,本发明嵌入式处理平台包括数字信号处理器DSP、时钟控制系统、数据存储系统、供电系统及下载与调试系统。嵌入式图像处理系统是由DSP为主要器件构成的。基于嵌入式的图像处理系统与基于PC的图像处理不同,具有针对性强、功耗低、稳定性能好,处理能力强等特点。DSP作为专用的数字信号处理器,对采集到的钢板图像信息进行并行实时运算处理,解决了PC进行图像处理需要进行图像的保存,压缩与解压缩等一系列过程带来的信号延时所不具备的实时检测问题。
本发明嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法,是通过高速线阵CCD相机采集带钢图像信息,由数字信号处理器DSP对采集到的带钢宽度信息进行处理,得到带钢的宽度信息并通过千兆以太网实时传给上位机,实现对带钢宽度信息的在线检测。其具体方法为:
1、嵌入式图像处理:设计以数字信号处理器DSP为核心器件的嵌入式带钢宽度检测控制系统,通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息,经DSP进行带钢图像边缘搜索算法分析与处理后,得到带钢宽度信息,最后将带钢宽度信息实时传输给上位机;DSP作为系统控制核心器件,集成千兆以太网控制模块和数据运算模块,降低系统的冗余程度,对各功能模块进行统一管理;嵌入式处理系统对高速线阵CCD相机传送过来的图像信息进行处理,其中包括在DSP上进行图像边缘搜索图像处理,从而得到带钢宽度信息。
2、数据通讯:使用千兆以太网作为数据通讯接口,实现在线插拔更换和高速的数据传输;嵌入式图像处理系统中,对高速线阵CCD相机采集到的图像信息进行宽度识别处理,同时通过千兆以太网将处理好的带钢宽度信息传输给上位机,为生产提供支持。
嵌入式图像处理过程中,钢板边缘检测的原理是利用钢板边缘两侧图像存在的灰度差别来进行检测;钢板宽度实时检测的具体方法是:利用灰度梯度阈值搜索算法对钢板进行边缘检测。其步骤为:
(1)搜索可疑点,通过行扫描的方式检测垂直方向的边缘:设(x,y)为图像中某一像素点坐标,f(x,y)为该点灰度值,f(x,y)-f(x-1,y)>σ,0<x<X,0<y<Y,那么(x,y)为可疑点。
(2)寻找可疑点最多的区域:(见图2)设定x区域与y区域如下:(x1,x2),0≤x1<x2<X,(y1,y2),0≤y1<y2<Y,如果可疑点在(x1,x2)和(y1,y2)中分布的最多,那么(x1,x2)或者(y1,y2)就是钢板边缘所在区间;对于相同的纵坐标y的两点(x1,y1),(x2,y1)横坐标进行相减得到Δx,Δx即为钢板的宽度信息;其中,σ为设定的参考值,X代表钢板的横向,Y代表钢板的纵向。
本发明中,数据通讯采用千兆以太网的方式,设计DSP与网络控制器控制带钢宽度信息的高速传输,利用美国德州仪器公司的DSP/BIOS与网络开发套件NDK,NDK通过编程接口与本地嵌入式操作系统和底层硬件系统隔离;基于DSP/BIOS与NDK完成千兆以太网通讯接口软件设计,实现带钢宽度信息高速传输。其具体实现过程为:
(1)进行NDK初始化,建立PRD对象,建立HOOK对象;
(2)在CCS中进行设置,添加NDK头文件和库文件,设置NDK编译时连接顺序;
(3)更新工程CMD文件;
完成上述过程后进行数据传输软件设计,基于UDP的数据发送程序设计如下:
1)调用fdOpenSession(Taskself())建立文件符表;
2)建立UDP Socket,将待发送的信息进行UDP数据包封装,交由协议栈内部进行IP数据包封装,再传递到底层打包成以太网数据包发送到网络中,完成数据通讯。
UDP的主要收发函数为:
udp=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP);
Sendto(sudp,pBuf,frame_len,0,&sin1,sizeof(sin1);
Recv(s,pBuf,4096,MSG_WAITALL)。
本发明通过千兆以太网直接将图像信号传入嵌入式图像处理系统中,区别于已有的通过图像采集卡将图像信息传入图像处理系统的方法,从而极大降低了系统的复杂性。

Claims (4)

1.一种嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法,其特征在于,通过高速线阵CCD相机采集带钢图像信息,由数字信号处理器DSP对采集到的带钢宽度信息进行处理,得到带钢的宽度信息并通过千兆以太网实时传给上位机,实现对带钢宽度信息的在线检测;其具体方法为:
(1)嵌入式图像处理:设计以数字信号处理器DSP为核心器件的嵌入式带钢宽度检测控制系统,通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息,经DSP进行带钢图像边缘搜索算法分析与处理后,得到带钢宽度信息,最后将带钢宽度信息实时传输给上位机;DSP作为系统控制核心器件,集成千兆以太网控制模块和数据运算模块,降低系统的冗余程度,对各功能模块进行统一管理;嵌入式处理系统对高速线阵CCD相机传送过来的图像信息进行处理,其中包括在DSP上进行图像边缘搜索图像处理,从而得到带钢宽度信息;
(2)数据通讯:使用千兆以太网作为数据通讯接口,实现在线插拔更换和高速的数据传输;嵌入式图像处理系统对高速线阵CCD相机采集到的图像信息进行宽度识别处理,同时通过千兆以太网将处理好的带钢宽度信息传输给上位机,为生产提供支持。
2.根据权利要求1所述的嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法,其特征在于,所述嵌入式图像处理过程中钢板边缘检测的原理是利用钢板边缘两侧图像存在的灰度差别来进行检测;钢板宽度实时检测的具体方法是:利用灰度梯度阈值搜索算法对钢板进行边缘检测,其步骤为:
(1)搜索可疑点,通过行扫描的方式检测垂直方向的边缘:设(x,y)为图像中某一像素点坐标,f(x,y)为该点灰度值,f(x,y)-f(x-1,y)>σ,0<x<X,0<y<Y,那么(x,y)为可疑点;
(2)寻找可疑点最多的区域:设定x区域与y区域如下:(x1,x2),0≤x1<x2<X,(y1,y2),0≤y1<y2<Y,如果可疑点在(x1,x2)和(y1,y2)中分布的最多,那么(x1,x2)或者(y1,y2)就是钢板边缘所在区间;对于相同的纵坐标y的两点(x1,y1),(x2,y1)横坐标进行相减得到Δx,Δx即为钢板的宽度信息;其中,σ为设定的参考值,X代表钢板的横向,Y代表钢板的纵向。
3.根据权利要求1所述的嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法,其特征在于,所述数据通讯是通过设计DSP与网络控制器控制带钢宽度信息的高速传输,嵌入式操作系统利用美国德州仪器公司的DSP/BIOS与网络开发套件NDK,NDK通过编程接口与本地嵌入式操作系统和底层硬件系统隔离;基于DSP/BIOS与NDK完成千兆以太网通讯接口软件设计,实现带钢宽度信息高速传输;其具体实现过程为:
(1)进行NDK初始化,建立PRD对象,建立HOOK对象;
(2)在CCS中添加NDK头文件和库文件,设置NDK编译时连接顺序;
(3)更新工程CMD文件;
完成上述过程后进行数据传输软件设计,基于UDP的数据发送程序设计如下:
1)调用fdOpenSession(Taskself())建立文件符表;
2)建立UDP Socket,将待发送的信息进行UDP数据包封装,交由协议栈内部进行IP数据包封装,再传递到底层打包成以太网数据包发送到网络中,完成数据通讯。
4.根据权利要求3所述的嵌入式系统与千兆以太网的带钢宽度信息检测方法,其特征在于,所述UDP的主要收发函数为:
udp=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP);
Sendto(sudp,pBuf,frame_len,0,&sin1,sizeof(sin1);
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