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)-資料下載頁(yè)
2025-06-17 00:58本頁(yè)面
【正文】 合成所需要的任意顏色。在該模型中，紅、綠、藍(lán)三種基色分別用256 個(gè)階調(diào)數(shù)值來(lái)度量，不同階調(diào)數(shù)值的這三種基色的組合，便形成了色彩豐富的顏色空間。對(duì)于彩色圖像匹配，由于模板圖像中 RGB 分量各自所占的比重不同，因此對(duì)圖像匹配結(jié)果的影響也應(yīng)該不同。模板圖像中比重大的彩色分量應(yīng)該在匹配過(guò)程中起相對(duì)重要的作用，而比重小的彩色分量在匹配過(guò)程中所起的作用相對(duì)較小。因此，定義不同顏色分量的權(quán)重系數(shù), ,，分別表示每種顏色的像素值占整個(gè)圖像像素值總和的比例。式中，模板大小為， , , 分別表示每個(gè)像素在不同顏色空間的的階調(diào)值。 () 然后，分別對(duì)模板圖像和待匹配圖像的RGB 彩色空間的每一維空間分別用SSDA算法進(jìn)行計(jì)算，再定義整個(gè)彩色圖像的SSDA 的檢測(cè)曲面為：(）從而，把 值最大的點(diǎn)作為匹配點(diǎn)，這樣充分利用了彩色圖像的色彩信息，強(qiáng)調(diào)了模板圖像中不同比重的顏色對(duì)匹配結(jié)果的貢獻(xiàn)不同，提高了算法的效率和匹配的精確性。 圖像處理模塊的設(shè)計(jì)圖像處理模塊的任務(wù)是，通過(guò)對(duì)圖像采集模塊獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到給定目標(biāo)相對(duì)于機(jī)器人視野中心位置的偏移值，從而給機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制軟件模塊提供指導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的依據(jù)。 所示： 圖像處理模塊流程圖 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制軟件模塊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制軟件模塊采用基于分段控制思想的比例控制器，根據(jù)偏差值的大小，分為不同的控制段。在每一個(gè)分段內(nèi)，采用比例控制器，其控制規(guī)律為： (） 式中， u(t) ：控制器的輸出，這里為PWM 信號(hào)； e(t) ：控制器的輸入，這里為給定目標(biāo)對(duì)于機(jī)器人視野中心的偏差值； Kp ：比例系數(shù)，根據(jù)分段的不同取值不同。 六、仿真調(diào)試分析靜態(tài)圖像偏移實(shí)驗(yàn)： 本課題的圖像匹配跟蹤算法是應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中的。我們首先在PC 機(jī)上，利用 VC++編寫(xiě)算法程序，對(duì)該算法進(jìn)行修改調(diào)試，直至達(dá)到期望的目標(biāo)功能后，再將其移植到嵌入式系統(tǒng)中，從而保證開(kāi)發(fā)效率。在PC 機(jī)上，對(duì)JPEG300 數(shù)碼相機(jī)采集到的給定目標(biāo)有一定偏移量的圖像序列進(jìn)行處理分析，得到目標(biāo)的偏移值，從而驗(yàn)證算法是否到達(dá)預(yù)期的功能。 經(jīng)過(guò)計(jì)算， 所示。其中，幀內(nèi)相關(guān)置信度表示模板圖像與當(dāng)前匹配的目標(biāo)圖像的相似程度；目標(biāo)當(dāng)前坐標(biāo)表示目標(biāo)圖像在當(dāng)前實(shí)時(shí)圖像中的位置；目標(biāo)偏移量表示當(dāng)前實(shí)時(shí)圖中目標(biāo)圖像相對(duì)于上一幀實(shí)時(shí)圖中目標(biāo)圖像的位移值。 圖像匹配跟蹤結(jié)果七、設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方法本課題的研究成果只是初步實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人視覺(jué)的功能，還有許多需要完善和改進(jìn)的地方。在嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)上，可以選擇運(yùn)算速度更快、功能更強(qiáng)大，特別是選用帶有 DSP 協(xié)處理器的微處理器。圖像處理中的算法還可以深入研究，提出更快更好的適應(yīng)嵌入式圖像處理需要的算法，甚至可以考慮將圖像處理算法“軟件硬件化”，即將算法用專(zhuān)用的硬件邏輯實(shí)現(xiàn)（如FPGA），這樣可以更進(jìn)一步地提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了先將算法和程序在PC 機(jī)上仿真實(shí)現(xiàn)，調(diào)試驗(yàn)證無(wú)誤后再移植到嵌入式系統(tǒng)中的方法，有效地解決了嵌入式軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試?yán)щy的問(wèn)題，提高了軟件開(kāi)發(fā)的效率。并且在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用模塊化的思想，編寫(xiě)的軟件層次結(jié)構(gòu)清晰，各個(gè)模塊具有高內(nèi)聚低耦合的特征，使整個(gè)系統(tǒng)具有良好的靈活性和開(kāi)放性，便于進(jìn)一步的擴(kuò)展和升級(jí)。 嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)心得 本課題設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航的移動(dòng)機(jī)器人中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的工作，實(shí)現(xiàn)了跟蹤簡(jiǎn)單場(chǎng)景中的靜止目標(biāo)，達(dá)到了預(yù)期的目的。 針對(duì)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的特定應(yīng)用需要，進(jìn)行了系統(tǒng)的需求分析，按照軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行了系統(tǒng)功能模塊的劃分，并選擇了合適的嵌入式操作系統(tǒng)。在硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，選擇了一款通用并且功能強(qiáng)大的微處理器S3C44BOX 為中心，并針對(duì)機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航的特殊應(yīng)用，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，從而搭建了一個(gè)具有一定通用性又針對(duì)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)特殊需要的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)。在嵌入式操作系統(tǒng)方面，選擇uC/OSII 作為研究的重點(diǎn)，對(duì)uC/OSII 的特點(diǎn)和內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究分析，從而保證了能夠充分利用其特性，順利地開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，并針對(duì)S3C44BOX 微處理器編寫(xiě)了特定的移植程序。 九、參考文獻(xiàn)[1] 劉富強(qiáng)等 數(shù)字視頻圖像處理與通信 機(jī)械工業(yè)出版社 [2] 王田苗 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)——基于ARM 微處理器與uC/OSII 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（第2 版） 清華大學(xué)出版社 [3] 陳章龍等 嵌入式技術(shù)與系統(tǒng)——Intel Xscale 結(jié)構(gòu)與開(kāi)發(fā) 北京航空航天大學(xué)出版社 [4] 雷亞平, 沈春林等 嵌入式系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)與調(diào)試 航空計(jì)算技術(shù) 2003 [5] 張連明,霍迎輝 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 國(guó)外電子元器件 2004 pp2021 [6] 周立功 ARM 微控制器基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn) 北京航空航天大學(xué)出版社 [7] 杜春雷
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