基于OMAP4460的多功能钻孔成像系统设计与实现

论文摘要

钻孔成像技术可以用来实现观测孔壁岩性变化、构造裂隙、断层岩溶和隐伏于孔壁外的岩体信息,广泛应用于工程地质、水文地质、灾害地质等方面的科学研究,以及管道检测和重大工程建设时的地貌勘测。目前,市面上的钻孔成像系统基本上是基于光学成像技术和图像处理技术的数字式全景钻孔摄像设备,能较好的实现钻孔孔壁的全景数字化显示,但因为探头结构阻挡了前方视角而不能满足同时观测钻孔孔壁和钻孔前方的工程需求。此外,钻孔成像系统还应该能测量钻孔轨迹,实现综合测孔的目的。为了满足更多实际工程的需要,扩大钻孔成像技术的应用领域,解决更多的钻孔勘探难题,本文研究了一种基于前视探头,集成像、测斜、测深等功能于一体的多功能钻孔成像系统。主要研究内容如下:首先,研究了钻孔成像系统涉及的相关理论,包括钻孔轨迹测量技术、钻孔图像展开技术和图像拼接技术。根据实际工程需要,通过比较光纤陀螺和磁性传感器的体积、精度和成本等指标,选择了基于磁性传感器的姿态测量技术实现探头的方位角、俯仰角和横滚角的测量。使用改进的基于映射变换的全景图像展开算法快速将环状图转换为带状平面图。通过提取相邻图像之间的特征,并结合横滚角对图像进行校准,完成了钻孔图像的无缝拼接。其次,详细分析了多功能钻孔成像系统的功能需求,完成了由主机、探头和深度测量模块组成的总体方案设计。基于OMAP4460平台强大的图形处理能力,能够实时完成信号处理、图像显示、轨迹绘制等功能。探头由恒流LED照明电路、前置摄像头和磁罗盘组成,实现图像和姿态的采集,通过电缆连接至主机。基于增量式光电编码器,可以实现钻孔深度的精确测量,同样通过电缆连接至主机。再次,结合成像系统的使用和显示需求,基于Android系统设计了功能模块和显示界面的软件框架,开发的专用APP软件,实现了钻孔信息全景式显示、数据存储和参数设置等功能,提升了用户使用的体验度。最后,为了评估多功能钻孔成像系统的性能,在实验室对其具备的功能、照明强度、摄像头分辨率、磁罗盘精度和深度测量精度进行了充分测试,并选取了一个地面水文地质观测孔进行实地测量。测试结果表明,本文研制的钻孔成像系统具有操作简单、界面美观的特点,工作状态良好,测量结果准确,能够完成预期的图像信息采集、轨迹信息绘制和深度测量等功能,满足实际工程需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容与结构安排
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 结构安排
• 第二章 多功能钻孔成像系统的相关理论研究
•   2.1 钻孔轨迹测量技术
•     2.1.1 地球磁场和重力场
•     2.1.2 坐标系变换
•     2.1.3 钻孔轨迹测量原理
•   2.2 钻孔图像展开技术
•     2.2.1 传统全景图像展开算法
•     2.2.2 基于映射变换的全景图像展开算法
•   2.3 钻孔图像拼接技术
•     2.3.1 图像特征提取
•     2.3.2 图像配准
•     2.3.3 图像融合
•   2.4 本章小结
• 第三章 多功能钻孔成像系统的硬件设计
•   3.1 多功能钻孔成像系统的总体方案设计
•     3.1.1 钻孔成像系统的功能分析
•     3.1.2 钻孔成像系统的硬件组成
•   3.2 基于OMAP4460 的成像系统主机设计
•     3.2.1 主机的总体方案
•     3.2.2 嵌入式平台
•     3.2.3 电源模块
•   3.3 多功能钻孔成像系统的探头设计
•     3.3.1 探头的总体方案
•     3.3.2 图像采集模块
•     3.3.3 轨迹测量模块
•     3.3.4 光源及驱动模块
•   3.4 基于STM32的深度测量模块设计
•     3.4.1 深度测量模块的总体方案
•     3.4.2 光电编码器的选型
•     3.4.3 基于STM32的深度测量电路
•   3.5 本章小结
• 第四章 多功能钻孔成像系统的软件设计
•   4.1 Android平台APP开发环境
•     4.1.1 Android系统介绍
•     4.1.2 Android Studio集成开发工具
•   4.2 基于Android平台的主机APP开发设计
•     4.2.1 APP软件框架设计
•     4.2.2 多功能钻孔成像系统的软件设计
•   4.3 本章小结
• 第五章 多功能钻孔成像系统的测试与应用
•   5.1 多功能钻孔成像系统的测试
•     5.1.1 钻孔成像系统的功能测试
•     5.1.2 钻孔成像系统的探头测试
•     5.1.3 钻孔成像系统的深度测量模块测试
•   5.2 多功能钻孔成像系统的应用
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李伟

导师: 王俊,雷文军

关键词: 钻孔成像,轨迹测量,图像展开,图像拼接,深度测量

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 地质学,矿业工程,计算机软件及计算机应用,计算机软件及计算机应用

单位: 西安电子科技大学

分类号: TP391.41;TP311.56;P634

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.000400

总页数: 72

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