跟著計算機(jī)科學(xué)跟自動控制技術(shù)的開展，愈來愈多的分歧品種的智能機(jī)器人呈現(xiàn)正在工場、生涯傍邊，機(jī)器人視覺體系作為智能機(jī)器人體系中一個緊張的子系統(tǒng)，也愈來愈遭到人們的正視。它波及了圖像處理、模式識別跟視覺跟蹤等范疇。分歧品種的機(jī)器人因為事情的重點沒有一樣，它的視覺體系正在軟件或硬件上皆有著纖細(xì)的不同。本文研討基于效勞機(jī)器人的單目視覺體系。它處置懲罰的是二維圖象，是基于對無遮擋物體顏色跟外形的辨認(rèn)和3D方針物體的平動跟蹤。
視覺體系是一個非常復(fù)雜的體系，它既要做到圖象的精確收羅還要做到對外界變更反映的實時性，同時借須要對外界運動的方針及時跟蹤。是以，視覺系統(tǒng)對硬件跟軟件系統(tǒng)皆提出了較下的要求?，F(xiàn)階段比力風(fēng)行的足球機(jī)器人技巧，它的視覺體系屬于比力典范的快捷辨認(rèn)跟反應(yīng)類型。普通環(huán)境下，它是經(jīng)由過程黑色標(biāo)記定標(biāo)的方式去到達(dá)對隊員跟方針的辨認(rèn)，和經(jīng)由過程擴(kuò)展卡爾曼濾波器的猜測功用去實現(xiàn)對方針的跟蹤功用。正在硬件上，采取一個現(xiàn)成的攝像機(jī)去實現(xiàn)一個機(jī)器人的圖象收羅體系。
本體系正在計劃上采取CMOS圖象傳感器取代CCD類型傳感器停止收羅圖象，DSP處置懲罰芯片TMS320VC5509A停止圖像處理和作為CPU節(jié)制，正在計劃進(jìn)程中，為了直觀浮現(xiàn)機(jī)器人視覺體系辨認(rèn)跟跟蹤的后果，專門采取了一個TFT格局的液晶去直觀顯現(xiàn)。軟件上，采取了一部分足球機(jī)器人的視覺技巧去到達(dá)對方針的快捷辨認(rèn)，經(jīng)由過程全局的特點矩構(gòu)建的俗可比矩陣到達(dá)對方針的自順應(yīng)跟蹤。
1硬件部門計劃
神木分揀機(jī)器人分揀機(jī)器人3d視覺系統(tǒng)圖1為體系硬件電路的功能模塊框圖。
圖書分揀機(jī)器人項目簡介快遞分揀機(jī)器人課程報告1.1圖象收羅
視覺鏡頭把內(nèi)部的圖象信息成像正在圖象傳感器的里陣單元上?，F(xiàn)階段風(fēng)行的圖象傳感器有面陣CCD（ChargedCoupledDevice，電荷耦合器件）型跟面陣CMOS兩種。相比力CCD型的圖象傳感器，CMOS圖象傳感器的有源像素單位為每一個像素供給了放大器，只需一個單供電低邏輯電平電壓，功耗只相當(dāng)于CCD的十分之一。CMOS圖象傳感器外部集成了A/D轉(zhuǎn)換部門，間接輸出數(shù)字信號?；谶@些因素，本體系采取了Omnivision公司推出的CMOS彩色圖像傳感器OV7635。
OV7635的分辨力為640X480，能輸出3種格局的8位數(shù)據(jù)：YCbCr4:2：2形式、RGB4:2：2形式跟RGB原始數(shù)據(jù)形式。輸出VGA格局最大可到達(dá)30fps。能事情正在逐行掃描下跟隔行掃描下。OV7635有主模式跟從形式兩種事情形式。正在主模式下，同步旌旗燈號跟時鐘不禁外圍設(shè)備節(jié)制。正在從形式下，OV7635的場同步旌旗燈號VSYNC，止同步旌旗燈號HREF和體系的晶振頻次XCLK均由外部設(shè)備節(jié)制。本體系采取的是主模式。OV7635經(jīng)由過程I2C總線設(shè)置片內(nèi)寄存器，使其輸出原始數(shù)據(jù)。體系上電復(fù)位后，由DSP芯片的I2C總線旌旗燈號對CMOS寄存器初始化。然后OV7635便按要求輸出圖象旌旗燈號。包羅止同步旌旗燈號HREF，場同步旌旗燈號VSYNC，像素時鐘旌旗燈號PCLK，數(shù)字圖像旌旗燈號。
1.2液晶顯示
為了很直觀的看到視覺系統(tǒng)對人的辨認(rèn)跟跟蹤后果，采取了一片INNOLUX公司的PT035TN01液晶顯示屏。為了沒有增長對DSP的承擔(dān)，同時也為了及時看到對外界方針物體的跟蹤后果，液晶顯示的數(shù)據(jù)沒有經(jīng)過DSP，間接經(jīng)由過程傳感器OV7635輸出的圖象數(shù)據(jù)信號跟CPLD節(jié)制時序去停止顯現(xiàn)。PT035TN01是3.5英寸TFT格局的液晶，分辨力為320×3×240，液晶IF1、IF2兩輸入節(jié)制足對輸入的數(shù)據(jù)格式停止取舍：串行RGB格局、CCIR601格局、CCIR656格局。液晶的掃描模式有4種。本視覺體系采取的輸入數(shù)據(jù)格式是CCIR601格局，掃描模式為由上到下跟左到左的掃描模式。
正在CCIR601格局下，圖象傳感器輸出的像素時鐘PCLK經(jīng)由過程CPLD二分頻作為液晶的事情時鐘，圖象傳感器輸出的止同步旌旗燈號HREF顛末CPLD的處置懲罰后作為液晶的止同步旌旗燈號HIS，如許，正在CPLD節(jié)制下，圖象傳感器OV7635輸出的數(shù)據(jù)信號送入液晶中停止顯現(xiàn)。
1.3時序節(jié)制
OV7635輸出的場同步旌旗燈號VSYNC，止同步旌旗燈號HREF和像素時鐘旌旗燈號PCLK接至CPLD芯片，發(fā)生節(jié)制旌旗燈號把OV7635輸出的數(shù)據(jù)信號存入FIFO幀存儲器AL422B中，和發(fā)生液晶的時鐘和行同步旌旗燈號節(jié)制液晶的顯現(xiàn)。CPLD采取了ALTERA公司的EPM7064芯片。正在CPLD中實現(xiàn)了對FIFO的寫節(jié)制、告訴DSP讀信號、液晶的時鐘旌旗燈號的發(fā)生等功用。
無序分揀機(jī)器人難點CPLD吸收場同步旌旗燈號VSYNC，此旌旗燈號的降低沿默示圖象傳感器輸出一幀的起頭，此時CPLD發(fā)生WRST背脈沖復(fù)位FIFO的寫指針。場同步旌旗燈號VSYNC降低沿后，斷定止同步旌旗燈號HREF的回升沿到來，接著應(yīng)用像素時鐘旌旗燈號PCLK作為寫時鐘WCK將圖象數(shù)據(jù)間接存儲到FIFO中，當(dāng)存到必然的數(shù)后，便實時發(fā)信號給DSP，以便DSP讀取數(shù)據(jù)，本體系采取的是一個中止INT0去告訴DSP。此時DSP可以讀數(shù)據(jù)也可以沒有讀，視處置懲罰的速率來定。讀數(shù)據(jù)時，可應(yīng)用RD跟片選，發(fā)生RCK旌旗燈號。DSP讀取的速率不克不及太快，以讀取速率小于寫速率為準(zhǔn)則。
正在對液晶的邏輯時序節(jié)制上，因為圖象輸出的旌旗燈號是640×480的像素，而液晶的顯現(xiàn)為320×240的格局。以是應(yīng)用CPLD把圖象傳感器輸入的像素時鐘旌旗燈號PCLK停止二分頻發(fā)生液晶的時鐘旌旗燈號節(jié)制液晶的顯現(xiàn)，同時對行同步旌旗燈號停止隔行無效從而到達(dá)液晶對圖象的顯現(xiàn)。CPLD中的順序編寫用的采取了硬件描述語言VHDL，正在QUARTUSⅡ軟件平臺上停止編寫的。因為正在選用芯片時采取的是EPM7064S系列的44足PLCC封裝的，只能事情正在5V電壓環(huán)境下，其輸出的高電平旌旗燈號是5V，必需經(jīng)由過程處置懲罰才氣接入體系中事情正在3。3V形態(tài)下的芯片器件。
1.4幀存儲器取舍
幀存儲器有須要內(nèi)部供給地點線的RAM跟沒有須要內(nèi)部供給地點線的FIFO，為了簡化CPLD的計劃。采取了FIFO的幀存儲器。FIFO又可以分為基于靜態(tài)存儲的DRAM跟基于靜態(tài)的SRAM?；陟o態(tài)SRAM的優(yōu)點是沒有須要刷新電路，但容量小，須要多片才氣存儲一幀數(shù)據(jù);基于DRAM的優(yōu)點是容量年夜，只需一片便能存儲一幀數(shù)據(jù)，缺陷是必需有刷新電路。本計劃中采取的是Averlogic公司的大容量FIFO靜態(tài)存儲芯片AL422B。其刷新電路比較簡單，僅需WCK或RCK供給大于1M的不間斷脈沖便可。AL422B的存儲容量為3MB，因為體系一幀的信息平常包括640×480個黑色像素，每一個像素占用2個字節(jié)，可存儲1幀圖象的完全信息，其工作頻率可達(dá)50MHz。
正在選用DSP時，正在統(tǒng)籌處理速度，存儲容量，現(xiàn)有前提下的加工工藝水平，和性價比方面，選用了TI公司的144足封裝的TMS320VC5509A，此芯片的最高工作頻率可到達(dá)200MHz，存在很下的處理速度。
DSP收到來自CPLD的讀告訴旌旗燈號后起頭讀取AL422B中的視頻數(shù)據(jù)。為了便利處置懲罰數(shù)據(jù)，正在DSP核心擴(kuò)展了一個的SDRAM。芯片采取的是HYNIX公司的HY57V161610E，此芯片的存儲容量為1M×16bits。
當(dāng)DSP上電復(fù)位后，經(jīng)由過程采樣GPIO0～GPIO3的形態(tài)，依據(jù)采樣的形態(tài)去停止什么樣方法的順序裝載。本體系的采取外接的flash存儲芯片的SPI心對DSP停止順序裝載，接著經(jīng)由過程DSP的I2C心對圖象傳感器停止寄存器初始化。圖象傳感器起頭輸出旌旗燈號。全部體系起頭進(jìn)入事情。
DSP作為高速的處理器，次要用于圖象的處置懲罰。因為本視覺體系要實現(xiàn)辨認(rèn)跟跟蹤功用，數(shù)據(jù)的處理量是很大的。正在實現(xiàn)圖像處理的同時，DSP也作為控制器利用實現(xiàn)對控制器的節(jié)制，從而組成視覺跟蹤體系。
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