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重庆大学硕士学位论文基于嵌入式系统的机器视觉及其在机器人控制中的应用姓名：王建华申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：高富强20040309基于嵌入式系统的机器视觉及其在机器人控制中的应用作者：王建华学位授予单位：重庆大学相似文献(10条)1.学位论文裴晓旭嵌入式机器视觉的关键技术研究2008机器视觉的迅速发展使得终端客户对产品的多样化需求不断增长,机器视觉系统需要更多灵活应用的产品。而嵌入式系统以其小体积、低成本、低功耗引起人们的更多关注,嵌入式系统在机器视觉的发展中开始扮演重要角色。在此过程中,作为以嵌入式技术实现的机器视觉功能的代表性产品--智能相机,由于具有平台性、通用性以及直接面向工业现场设计的特点,在嵌入式机器视觉领域得到了很快的发展,但同时,专用型嵌入式机器视觉终端也有很多的研究成果。本论文旨在研究并力争解决嵌入式机器视觉系统中的部分关键问题,主要研究了以下三个方面：1、对图像传感器输出的模拟信号进行“模拟”处理,以期提升图像质量；2、支持机器视觉系统开放性要求的通用图像采集；3、嵌入式系统中的高效图像运算结构的实现。在嵌入式系统的有限资源中如何获取高质量数字图像,如何实现机器视觉所需要的信息分析能力是需要长期研究的课题,本论文对此进行了初步的分析。在研究的过程中使用了模拟与数字相结合的方式,同时借鉴了IP重用的结构,以高效实用为目的,在嵌入式系统中研究了机器视觉所面临的一些常见的问题。本文的主要创新工作如下：1、提出了一种基于模拟技术的图像增强方法。针对图像传感器输出的模拟图像信号,在图像采集的同时对模拟信息进行“模拟”处理,达到图像增强的目的。此方法在模拟信号量化之前进行信息处理,可以达到量化之后依靠数字图像处理方式不能得到的图像增强效果,而且模拟增强的方式不消耗系统的计算资源,极大缓解了嵌入式系统计算资源紧张的问题。2、提出一种数字补偿式一阶模拟滤波器的设计方法,可应用于模拟图像传感器的信号滤波。此方法通过分析模拟图像传感器一阶读出电路的像素串扰,推导出不产生信息畸变的一阶模拟滤波器的截止频率,并得到在不同截止频率下的信息畸变量。由此实现数字信息的畸变补偿,得到了不产生信息畸变而降低截止频率的目的,从而使用一阶模拟滤波器达到高阶滤波器的滤波效果。3、提出并实现了一种满足机器视觉开放性要求的高效图像采集设计方案。首先研究分析了各种常用图像传感器在各种应用条件下形成的数字图像格式,继而针对其输出图像格式设计了基于IP重用结构的高效图像采集方案。它可以满足不同图像传感器输出的图像数据重组的要求,同时它的重组过程只消耗一次数据存取,优于目前通用处理器的DMA数据组织能力,达到了高效重组的目的。随后又对图像帧的管理组织进行研究,指出通用处理器在图像帧管理的结构上存在的不足之处,并在IP重用的架构下提出新的图像帧管理结构,实现了支持应用多线程的多缓冲区队列管理,将图像帧管理的并发过程变为顺序过程,由此取代了图像驱动程序的编制需要。4、提出了嵌入式系统中图像预处理的DMA计算结构。由于图像预处理是嵌入式机器视觉系统中图像处理速度的瓶颈,对图像预处理算法的实现效率极大的影响了图像识别系统的处理速度。而通用处理器的结构不能很好的支持图像预处理的算法运算,因此设计了基于IP重用的DMA计算结构,它每次读取运算所需要的一个或多个数据,在减小系统带宽消耗的同时,提升了系统的处理速度。2.期刊论文周煜嵌入式机器视觉测控系统设计研究-电脑知识与技术2010,6(8)嵌入式系统的逐步广泛应用,为智能机器人视觉控制系统的研究提供了一条新的思路.该文将嵌入式系统与机器视觉控制结合起来.设计探讨了基于嵌入式系统的机器视觉测控系统,给出了总体的软件和硬件设计方案,并在此基础上,重点对系统设计中的关键技术问题进行了研究分析,从图像采集模块和实时跟踪算法控制模块两个角度进行了设计,对于进一步提高嵌入式系统与智能机器人控制系统的研究和应用具有一定借鉴意义.3.学位论文宋敬海基于嵌入式系统和机器视觉的火灾检测系统研究2008火灾作为一种频发性灾害，对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。而传统的火灾探测器多采用单个时刻的火灾参量作为判断标准，在探测过程中，响应时间较长，难以对早期火灾准确的预警，在外界干扰下易引起频繁误报或漏报。尤其是在一些大空间、多粉尘、高湿度的建筑物中，传统的火灾探测器几乎不能正常工作。随着社会进步科技发展，对火灾预防技术的要求也越来越高。面对当前城市现代化建设的迅速发展，各种新技术、新材料、新装备不断的采用，城市抗御火灾的综合实力得到不断增强。但是，火灾的破坏作用亦日趋严重，火灾损失和伤亡人数呈逐年上升趋势，恶性火灾事故时有发生。为了确保人员生命和公私财产的安全，对建筑中所设置的消防设施提出了更高的要求。火灾自动报警系统是这些消防设施中最基本和最重要的组成部分。火灾自动探测报警技术是将传感技术、通讯技术和智能化信息、处理技术应用于火灾预防的一项综合性技术。它集计算机技术、微处理器技术、控制检测技术、现场总线技术、通讯技术、人工智能技术、网络技术于一体，具有速度快、精度高、实时性好、可直接与城市消防中心的计算机联网等突出优点，充分体现了火灾自动报警控制系统以预防为主、火灾监测、早期报警的特点。为及时发现火情、及时控制火情、有效保护社会生命财产的安全发挥了巨大的作用。火灾自动探测报警技术这些年发展很快，技术上的更新变化也非常明显，总体来看，主要的发展变化是:数字技术和新工艺、新材料的应用，从而改进了系统能力和减少了维护要求，朝着高可靠、低误报和网络化、智能化方向发展。我国对此技术的研究与应用起步较晚，但发展迅速。随着城市现代化建设的发展、人们消防意识的增强，对火灾探测报警技术的研究己经成为热点。近几年基于图像处理的火灾检测被提出并得到了广泛的研究。但研究多集中于对算法的探讨和改进上。大部分是利用CCD摄像头采集图像，进而传于PC机上进行相应处理。这仍然多停留于理论的研究阶段，而距离实际应用还有一定的距离。本文的研究内容是在嵌入式平台下的基于图像处理的火灾检测系统。主要目的是希望利用嵌入式平台构建一个面向实用的图像火灾检测系统。这样既发挥了图像处理在火灾检测上的优势，又充分利用了嵌入式系统灵活便于安装应用的优点。从而使结合两者构建出的火焰检测平台可以更好的应用于实际。本文利用arm2440芯片和外围设备构建硬件平台，将图像采集模块加入硬件平台上，完成相应的功能。进而在硬件平台上移植嵌入式linux操作系统，为软件的开发应用作铺垫。然后在嵌入式linux上编写火焰检测算法，完成对火焰的探测工作。以上是主要的开发流程。算法主要利用火焰的轮廓脉动这一主要的动态特征，结合火焰形状（火焰尖角、圆形度）、颜色亮度等静态特征，对平台采集来的图像做火焰判断。在对火焰的轮廓这一特征的描述上利用离散余弦描述方法，在满足精度要求的同时减少了算法的复杂度，使其可以更好的应用于嵌入式系统上。同时利用CCD摄像头加装红外滤波镜的方法，大量减少图像内干扰，降低了处理的复杂性。在以上的基础上，通过对算法和系统的初步实验我们可以发现，算法可以较好的适用于火灾的检测，而且整个系统较行之有效，具有一定的准确性和实用性。对于火灾探测的应用，系统结合了嵌入式和图像处理两者的优点，具有较好的发展前景。4.学位论文游志宇基于嵌入式机器视觉控制系统的研究2009随着现代技术的高速发展，人们对各种设备的智能化程度要求越来越高。作为信息最佳代表形式之一的视觉图像及其处理已经逐步成为众多学科的融合点，应用于生产实际，为人类带来了巨大的经济和社会效益。视觉是人类信息的主要来源，随着自动控制技术及机器视觉技术的发展，其基于机器视觉控制系统的研究占据越来越重要的地位。如果将机器视觉控制系统建立在嵌入式系统平台上，形成基于嵌入式机器视觉的控制系统，将极大地拓展机器视觉的应用范围，并可大幅度提高现有工业控制的自动化水平和生产效率。本文在机器视觉与嵌入式系统的交叉点选题，将机器视觉与嵌入式系统结合起来，在研究基于嵌入式机器视觉控制系统方面进行一些探索，以拓展机器视觉的应用范围。本文首先介绍了课题的背景、研究目的及意义、国内外研究现状及发展趋势，提出了基于嵌入式机器视觉控制系统的研究课题。并以此为依据，设计了相应的硬件系统和软件系统，并将其应用到智能寻迹小车的控制上。论文以Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C8Q208为核心芯片，构建基于FPGA的SOPC嵌入式硬件平台，并以此平台为基础深入研究SOPC嵌入式系统的硬件设计和软件开发方法，详细测试和验证系统存储模块和外围模块。同时以嵌入式处理器IP核NiosⅡ为核心，设计出基于NiosⅡ的视觉控制软件。在应用中引入μc/OS-Ⅱ实时操作系统，介绍了实时操作系统μc/OS-Ⅱ的相关概念和移植方法，设计了相关底层软件及轨迹图像识别算法，将具体应用程序划分成多个任务，最终实现了视觉图像的实时处理及小车的实时控制。在本设计中，图像采集部分利用SAA7111A视频解码芯片完成视频信号的采集，利用FPGA完成复杂高速的逻辑控制及时序设计，将采集的数字视频信号存储在外扩存储器SRAM中，以供后续图像处理。在构建NiosⅡCPU时，自定制了SRAM控制器、irda红外接口、oc_i2C接口、PWM接口和VGA显示接口等相关外设组件，提供了必要的人机及控制接口，方便系统的控制及调试。5.期刊论文张帆.高富强.顾兴海嵌入式系统在机器人视觉中的应用-自动化与仪器仪表2005,(1)近年来,基于机器视觉的智能机器人在工业等各个领域中得到了广泛的应用.本文针对应用中遇到的一些问题,提出了将机器视觉与嵌入式系统相结合的思想.开发了一种通用的嵌入式系统平台,进行操作系统的移植和图像匹配等算法的研究,并将其应用于移动机器人的视觉导航,取得了较好的效果.6.学位论文仲林国基于机器视觉技术的嵌入式系统研究2005论文主要讨论了机器视觉技术在嵌入式系统中的应用技术,提出并实现了一种基于机器视觉技术的手持式智能印刷体数字采集系统.论文在简单介绍了嵌入式系统的特点之后,分析了机器视觉技术在嵌入式系统中应用原理及发展现状,根据其应用特点设计出基于机器视觉的智能手持式数据采集仪.其原理类似人的视觉系统,对系统看到的图像进行分析,提取出所需的信息.论文针对嵌入式系统的设计特点以及本系统的应用环境,设计软、硬件系统,重点解决了以下一些问题:如何实现对图像的采集,以尽量少的硬件成本得到高质量的图像;如何提高数据采集的效率(速度和准确度),方便对图像的识别;如何有效的降低系统功耗,延长电池使用时间;如何设计科学合理的操作界面,以符合一般人的操作习惯;如何进行硬件和软件各模块的设计,提高系统运行的效率等.论文在设计思路上力图体现个人的创新,然后通过具体的开发设计进行验证,解决图像采集与识别系统在手持式设备中应用中一些有意义的实际问题.7.学位论文鲁欣基于机器视觉的道岔安全检测系统的设计与实现2006道岔安全检测系统的开发一直以来是铁路信号系统研究中的技术难点。论文概括介绍了道岔缺口检测的产生历史和研究现状，分析了其他道岔缺口检测方案的优劣。针对这些方案的不足和道岔缺口检测系统设计的难点，论文提出了基于机器视觉的嵌入式缺口安全实时检测系统，有效地消除了上述方案的不足，为道岔缺口检测提出了更为实用的解决方案。论文详细介绍了基于机器视觉的嵌入式缺口检测系统的原理和基本功能，给出了整体设计方案和各实现模块的设计思路，包括标记的设计制作方案、图像采集的设计实现、嵌入式机器视觉处理机的设计实现、嵌入式声光报警处理机的设计实现、电力载波通信系统、CAN总线通信系统等。论文细致阐述了在基于机器视觉的嵌入式缺口检测系统设计中图像采集处理的设计实现方案，克服了铁路现场环境恶劣，转辙机内部空间狭小，现场安装传感器不能破坏转辙机的原有结构等难点，是检测系统实用性的集中体现。论文还参考了目前流行的嵌入式系统实现方法，确定了嵌入式机器视觉处理机的ARM-Linux实现方案。为增强嵌入式缺口检测