嵌入式系統(tǒng)在機(jī)器人視覺(jué)中的應(yīng)用嵌入式課程設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-06-02 00:58 本頁(yè)面
【正文】 人的視覺(jué)系統(tǒng)由圖像輸入、圖像處理、圖像存儲(chǔ)和圖像輸出四部分組成。 圖像輸入部分（負(fù)責(zé)獲取外界物體的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，一般包括光源濾波、視覺(jué)傳感、距離測(cè)定等） 圖像處理部分（負(fù)責(zé)將獲取的大量物體信息進(jìn)行提取和處理，包括圖像邊緣的檢測(cè)、連接、光滑和輪廓的編碼，圖像匹配等，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給其他設(shè)備） 圖像存儲(chǔ)部分（主要擔(dān)任數(shù)據(jù)的保存工作） 圖像輸出部分（主要是將物體的信息顯示于屏幕上，同時(shí)將信息傳送到機(jī)器人的主控系統(tǒng)，機(jī)器人根據(jù)所得信息便可進(jìn)行相應(yīng)的閉環(huán)控制) 機(jī)器人視覺(jué)中的圖像處理技術(shù) 機(jī)器人視覺(jué)中的圖像處理技術(shù)包括圖像數(shù)據(jù)編碼和傳輸、圖像增強(qiáng)與平滑、特征抽取、圖像識(shí)別與理解、圖像匹配等內(nèi)容。 圖像數(shù)據(jù)編碼和傳輸 圖像數(shù)據(jù)編碼一般采用預(yù)測(cè)編碼，即將圖像數(shù)據(jù)的空間變化規(guī)律和序列變化規(guī)律用一個(gè)預(yù)測(cè)公式表示，變換壓縮方法是將整幅圖像分成小的（一般取88或1616）數(shù)據(jù)塊，再將這些數(shù)據(jù)塊分類、變換、量化，從而構(gòu)成自適應(yīng)的變換壓縮系統(tǒng)。 圖像的增強(qiáng)與平滑 圖像的增強(qiáng)用于調(diào)整圖像的對(duì)比度，突出圖像中的重要細(xì)節(jié)，改善視覺(jué)質(zhì)量。 圖像的特征抽取、識(shí)別與理解 目前用于圖像識(shí)別的方法主要分為決策理論和結(jié)構(gòu)方法。 圖像的匹配 現(xiàn)已提出了眾多匹配算法，主要包括模板匹配算法、序貫相似性檢測(cè)算法（SSDA）、幅度排序相關(guān)算法、FFT相關(guān)算法、分層搜索序貫判決算法等。序貫相似性檢測(cè)算法（SSDA）是利用模板不在匹配點(diǎn)上時(shí)，累計(jì)誤差增長(zhǎng)很快；反之，則增長(zhǎng)緩慢這一特性，從而較快的剔除不匹配點(diǎn)，減少運(yùn)算量，從而提高了搜索速度。任何一種匹配算法的總計(jì)算量都是由相關(guān)運(yùn)算的計(jì)算量與搜索的位置之積所決定的，即：總計(jì)算量 ＝ （相關(guān)運(yùn)算的計(jì)算量）（搜索位置數(shù)）因此，減少總的計(jì)算量有兩種基本的方法：一種是減少相關(guān)運(yùn)算的計(jì)算量，以采用粗——精兩級(jí)或多級(jí)匹配實(shí)現(xiàn)；另一種是減少搜索的位置數(shù)。四、系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由嵌入式微處理器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、圖像采集模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)據(jù)通信模塊等幾個(gè)部分構(gòu)成， 所示。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖我們選擇以三星公司的 S3C44BOX 嵌入式微處理器為核心構(gòu)建硬件系統(tǒng)。這是一款基于ARM7TDMI 內(nèi)核技術(shù)的32 位RISC 處理器，配置了2MB的FLASH 存儲(chǔ)器以及8MB 的SDRAM 存儲(chǔ)器。 針對(duì)機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航的特殊應(yīng)用，在通用的硬件平臺(tái)上，增加了相應(yīng)的圖像采集模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等外圍器件。圖像采集模塊負(fù)責(zé)圖像的采集，是機(jī)器人視覺(jué)的輸入。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)將圖像處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)換成機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的電壓和電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人本體中的電機(jī)進(jìn)行伺服控制。 數(shù)據(jù)通信模塊包括RS232 接口、USB 接口、以太網(wǎng)接口和 JTAG 接口。課題中主要使用RS232 接口進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)和PC 機(jī)的數(shù)據(jù)通信，完成將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C 機(jī)上進(jìn)行分析和系統(tǒng)調(diào)試的目的。 系列微處理器的選擇 嵌入式微處理器的選擇是整個(gè)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的核心。我們采用三星公司的S3C44BOX 微處理器，這是專為手持設(shè)備和一般嵌入式應(yīng)用提供的高性價(jià)比和高性能的微控制器解決方案。該微處理器是基于ARM7TDMI 內(nèi)核技術(shù)的16/32位RISC 處理器，工作主頻最高可達(dá)66MHz，具有功能強(qiáng)大的內(nèi)存控制器，可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)存的擴(kuò)展。同時(shí)，該微處理器集成了一系列完整的通用外圍器件。使系統(tǒng)的費(fèi)用降至最低，消除了增加附加配置的需要，降低了硬件開(kāi)發(fā)的難度。 存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) S3C44B0X 微處理器存儲(chǔ)系統(tǒng)的特征 S3C44B0X 微處理器的存儲(chǔ)系統(tǒng)具有以下一些主要特征 ： 支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的大/小端選擇（通過(guò)外部引腳進(jìn)行選擇）； 地址空間：具有8 個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體可達(dá)32MB，總共可達(dá)256MB；對(duì)所有存儲(chǔ)器的訪問(wèn)大小均可進(jìn)行改變（8 位/16 位/32 位）； 8 個(gè)存儲(chǔ)體中，Bank0～Bank5 可支持 ROM、SRAM；BankBank7 可支持ROM、SRAM 和FP/EDO/SDRAM 等； 7 個(gè)存儲(chǔ)體的起始地址固定，1 個(gè)存儲(chǔ)體的起始地址可變（即Bank7 的存儲(chǔ)起始位置根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)配置而定）。 存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)中，需要保存嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。此外，還要保存圖像采集模塊獲得的原始圖像數(shù)據(jù)，以及圖像處理模塊進(jìn)行圖像處理時(shí)的中間運(yùn)算結(jié)果。因此，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)大容量的內(nèi)存，配置了2MB的FLASH 存儲(chǔ)器以及8MB的SDRAM存儲(chǔ)器，具體配置如下： 存儲(chǔ)系統(tǒng)配置 Bank0 上的2MB FLASH 存儲(chǔ)器用于保存嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序，相當(dāng)于電子硬盤(pán)的功能。系統(tǒng)上電以后，PC 指針自動(dòng)指向Bank0 的第一個(gè)單元，開(kāi)始進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)初始化完成以后，便從 FLASH 存儲(chǔ)器中將系統(tǒng)文件和用戶應(yīng)用程序復(fù)
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