一種基于dsp的全向視覺處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種圖像處理系統(tǒng)，特別涉及一種應(yīng)用數(shù)字信號處理器的全向覺處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人視覺主要研究用計算機或其它數(shù)字系統(tǒng)來模擬人的視覺功能，從客觀事物的視頻或圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。一個典型的機器人視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括光源、光學(xué)系統(tǒng)、圖像捕捉系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機械控制執(zhí)行模塊。首先采用CCD攝像機或其它圖像拍攝裝置將目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，然后轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，進行各種運算來抽取目標的特征，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出判斷結(jié)果。
[0003]機器人視覺系統(tǒng)是最有效的傳感器之一。提供了關(guān)于環(huán)境足夠的信息，用于定位、識別等，是一種非接觸測量方法。機器人視覺系統(tǒng)也是最復(fù)雜的傳感器之一。人們對于生物視覺系統(tǒng)了解仍然甚少，采用機器人視覺的應(yīng)用系統(tǒng)性能有時不能令人滿意。但在工業(yè)應(yīng)用中近年來有很多成功的示例，主要在視覺環(huán)境簡單、針對某一環(huán)境定制應(yīng)用的情況下。如傳送帶上工件的定位。所以機器視覺是一個研究非?；钴S、變化很快的領(lǐng)域，而且缺乏通用的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了機器人的全景成像而設(shè)計的，它由全向視覺傳感器、CCD攝像機、DSP數(shù)字圖像處理系統(tǒng)組成。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其組成主要包括:全鄉(xiāng)視覺傳感器1、C⑶攝像機2、DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)3、視頻采集機器人4，其中全鄉(xiāng)視覺傳感器I與CCD攝像機2連接，CCD攝像機2與DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)3連接，DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)3與視頻采集機器人4連接。
[0007]所述的一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其特征在于所述的全鄉(xiāng)視覺傳感器I采用雙曲線旋轉(zhuǎn)體的全向視覺傳感器，光線會射向雙曲線的另一個焦點，而攝像機的光心恰好處于雙曲線的另一個焦點位置，全向視覺傳感器與攝像機相對位置是通過鏡架的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，由此外界的景物就在攝像機上成像了。
[0008]所述的一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其特征在于所述的DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)3采用美國德克薩斯儀器公司，Texas Instruments以下簡稱TI，浮點系列DSP中的TMS320C6713為主處理芯片，TMS320C6713高達200MHz的工作頻率、豐富的片上資源、完善的C/C++編譯環(huán)境，可實現(xiàn)多種DSP算法。
[0009]所述的一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其特征在于所述的視頻采集機器人4與DSP通過三態(tài)門進行總線隔離，采用Altera公司的FLEX10K系列FPGA的EPF10K10AQC208來控制二者之間的總線切換邏輯以及其他一些控制信號的產(chǎn)生。
[0010]光線首先遇到全向視覺傳感器，在全向視覺傳感器鏡面發(fā)生了反射，其反射光線的走向與全向視覺傳感器的外形密切相關(guān)，本系統(tǒng)采用的是雙曲線旋轉(zhuǎn)體的全向視覺傳感器，則光線會射向雙曲線的另一個焦點，而攝像機的光心恰好處于雙曲線的另一個焦點位置全向視覺傳感器與攝像機相對位置是通過鏡架的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，由此外界的景物就在攝像機上成像了。
[0011]而DSP數(shù)字圖像處理系統(tǒng)將該圖像經(jīng)過SAA711AHZ即模數(shù)轉(zhuǎn)化，采集到數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的SRAM中，DSP對該圖像再進行圖像預(yù)處理、圖像的解算等存至SDRAM中，通過DSP數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的RS232I/0 口可以通過編程將處理過的圖像或原圖像送到視頻采集機器人中，通過送入的圖像來實現(xiàn)機器人的定位、目標的識別與跟蹤、避障、路徑規(guī)劃等操作。
[0012]該圖像采集系統(tǒng)所采用的主處理芯片為美國德克薩斯儀器公司TexasInstruments 以下簡稱 TI 浮點系列 DSP 中的 TMS320C6713。TMS320C6713 高達 200MHz 的工作頻率、豐富的片上資源、完善的C/C++編譯環(huán)境，可實現(xiàn)多種DSP算法。將模擬視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器這里選用荷蘭Philips公司的低壓低功耗視頻解碼芯片SAA7111AHZ。DSP左邊的硬件處理是一個視頻圖像的采集過程，圖像具體處理的實現(xiàn)則是在DSP中進行。視頻圖像信號經(jīng)攝像頭CXD輸入后，進入視頻解碼芯片SAA7111AHZ數(shù)字化。由于視頻A/D采樣所產(chǎn)生的數(shù)字視頻圖像數(shù)據(jù)量特別大，以PAL制式視頻信號為例，SAA711IAHZ輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，若采用RGB565或YUV格式，每個象素用兩個字節(jié)表示，每幀圖像為 720pixelsX5761inesX16bit = 414720X 16bit = 405kX 16bit，分成奇數(shù)場和偶數(shù)場兩場。在圖像處理領(lǐng)域，通常只需要黑白圖像，每象素用一個字節(jié)表示，每幀圖像為720pixelsX5761inesX8bit = 405kX8bit。為了兼容黑白和彩色圖像采集模式，數(shù)據(jù)存儲空間按彩色圖像的數(shù)據(jù)量來設(shè)計。這里采用一片IS61LV51216，容量為512kX16bit，來構(gòu)成高速圖像數(shù)據(jù)緩存。系統(tǒng)還配置了一片64Mbits的SDRAM存儲器MT48LC4M16A2，用于外部數(shù)據(jù)存儲空間的進一步擴展，同時也為DSP后續(xù)圖像進一步處理提供了存儲余量。
[0013]視頻采集部分與DSP通過三態(tài)門進行總線隔離，系統(tǒng)采用了 Altera公司的FLEX 1K系列FPGAEPF10K10AQC208來控制二者之間的總線切換邏輯以及其他一些控制信號的產(chǎn)生。同時在視頻圖像采集階段EPF1K10AQC208還要負責(zé)完成對SAA7111AHZ輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲，主要是地址總線數(shù)據(jù)、讀寫及選通信號的產(chǎn)生。作為機器人系統(tǒng)的一部分，本系統(tǒng)還需與機器人的其他組成部分進行相互協(xié)調(diào)和聯(lián)系，這要是通過RS232總線來完成。系統(tǒng)中采用一片MAX3111E來完成與PC104之間的RS232異步通訊。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)勢:DSP數(shù)字圖像處理系統(tǒng)完成圖像的采集并且結(jié)合FPGA的高速處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人視覺圖像的高效處理。本系統(tǒng)所采用的EPF10K10AQC208屬于FLEX1KA系列FPGA，3.3V供電電壓并可承受5V輸入，密度為10000門，具有可編程和可在線配置的能力，為系統(tǒng)的設(shè)計及后期調(diào)試提供了很大方便。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的硬件總體結(jié)構(gòu)圖；
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0018]一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其組成主要包括:全鄉(xiāng)視覺傳感器1、C⑶攝像機2、DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)3、視頻采集機器人4，其中全鄉(xiāng)視覺傳感器I與CCD攝像機2連接，CCD攝像機2與DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)3連接，DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)3與視頻采集機器人4連接。
[0019]上述的全鄉(xiāng)視覺傳感器I采用雙曲線旋轉(zhuǎn)體的全向視覺傳感器，光線會射向雙曲線的另一個焦點，而攝像機的光心恰好處于雙曲線的另一個焦點位置，全向視覺傳感器與攝像機相對位置是通過鏡架的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，由此外界的景物就在攝像機上成像了。
[0020]上述的DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)3采用美國德克薩斯儀器公司Texas Instruments以下簡稱TI浮點系列DSP中的TMS320C6713為主處理芯片，TMS320C6713高達200MHz的工作頻率、豐富的片上資源、完善的C/C++編譯環(huán)境，可實現(xiàn)多種DSP算法。
[0021]上述的視頻采集機器人4與DSP通過三態(tài)門進行總線隔離，采用Altera公司的FLEX 1K系列FPGA的EPF10K10AQC208來控制二者之間的總線切換邏輯以及其他一些控制信號的產(chǎn)生。
[0022]結(jié)合圖1，圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成圖。環(huán)境信息光線首先遇到全向視覺傳感器，在全向視覺傳感器鏡面發(fā)生了反射，其反射光線的走向與全向視覺傳感器的外形密切相關(guān)，本系統(tǒng)采用的是雙曲線旋轉(zhuǎn)體的全向視覺傳感器，則光線會射向雙曲線的另一個焦點，而攝像機的光心恰好處于雙曲線的另一個焦點位置全向視覺傳感器與攝像機相對位置是通過鏡架的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，由此外界的景物就在攝像機上成像了。
[0023]而DSP數(shù)字圖像處理系統(tǒng)將該圖像經(jīng)過SAA71IAHZ (模數(shù)轉(zhuǎn)化)采集到數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的SRAM中，DSP對該圖像再進行圖像預(yù)處理、圖像的解算等存至SDRAM中，通過DSP數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的RS232I/0 口可以通過編程將處理過的圖像SDRAM中的圖像或原圖像SRAM中的圖像送到機器人PC104中。而機器人PC104可通過送入的圖像來實現(xiàn)機器人的定位、目標的識別與跟蹤、避障、路徑規(guī)劃等操作。
[0024]結(jié)合圖2，圖2為本發(fā)明的硬件總體結(jié)構(gòu)圖。該圖像采集系統(tǒng)所采用的主處理芯片為美國德克薩斯儀器公司Texas Instruments以下簡稱TI浮點系列DSP中的TMS320C6713。TMS320C6713高達200MHz的工作頻率、豐富的片上資源、完善的C/C++編譯環(huán)境，可實現(xiàn)多種DSP算法。將模擬視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器這里選用荷蘭Philips公司的低壓低功耗視頻解碼芯片SAA7111AHZ。DSP左邊的硬件處理是一個視頻圖像的采集過程，圖像具體處理的實現(xiàn)則是在DSP中進行。視頻圖像信號經(jīng)攝像頭CXD輸入后，進入視頻解碼芯片SAA711IAHZ數(shù)字化。由于視頻A/D采樣所產(chǎn)生的數(shù)字視頻圖像數(shù)據(jù)量特別大，以PAL制式視頻信號為例，SAA7111AHZ輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，若采用RGB565或YUV格式，每個象素用兩個字節(jié)表示，每幀圖像為720pixels X 5761ines X 16bit=414720X16bit = 405kX 16bit，分成奇數(shù)場和偶數(shù)場兩場。在圖像處理領(lǐng)域，通常只需要黑白圖像，每象素用一個字節(jié)表示，每幀圖像為720pixelsX5761inesX8bit =405kX8bit。為了兼容黑白和彩色圖像采集模式，數(shù)據(jù)存儲空間按彩色圖像的數(shù)據(jù)量來設(shè)計。這里采用一片IS61LV51216，容量為512kX16bit，來構(gòu)成高速圖像數(shù)據(jù)緩存。系統(tǒng)還配置了一片64Mbits的SDRAM存儲器MT48LC4M16A2，用于外部數(shù)據(jù)存儲空間的進一步擴展，同時也為DSP后續(xù)圖像進一步處理提供了存儲余量。
[0025]視頻采集部分與DSP通過三態(tài)門進行總線隔離，系統(tǒng)采用了 Altera公司的FLEX 1K系列FPGAEPF10K10AQC208來控制二者之間的總線切換邏輯以及其他一些控制信號的產(chǎn)生。同時在視頻圖像采集階段EPF1K10AQC208還要負責(zé)完成對SAA7111AHZ輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲，主要是地址總線數(shù)據(jù)、讀寫及選通信號的產(chǎn)生。作為機器人系統(tǒng)的一部分，本系統(tǒng)還需與機器人的其他組成部分進行相互協(xié)調(diào)和聯(lián)系，這要是通過RS232總線來完成。系統(tǒng)中采用一片MAX3111E來完成與PC104之間的RS232異步通訊。
【主權(quán)項】
1.一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其組成主要包括:全鄉(xiāng)視覺傳感器(I)、CXD攝像機(2)、DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)(3)、視頻采集機器人(4)，其中全鄉(xiāng)視覺傳感器(I)與CCD攝像機(2)連接，CCD攝像機(2)與DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)(3)連接，DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)(3)與視頻采集機器人(4)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其特征在于所述的全鄉(xiāng)視覺傳感器(I)采用雙曲線旋轉(zhuǎn)體的全向視覺傳感器，光線會射向雙曲線的另一個焦點，而攝像機的光心恰好處于雙曲線的另一個焦點位置，全向視覺傳感器與攝像機相對位置是通過鏡架的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，由此外界的景物就在攝像機上成像了。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其特征在于所述的DSP數(shù)字圖像采集系統(tǒng)(3)采用美國德克薩斯儀器公司(Texas Instruments以下簡稱TI)浮點系列DSP中的TMS320C6713為主處理芯片，TMS320C6713高達200MHz的工作頻率、豐富的片上資源、完善的C/C++編譯環(huán)境，可實現(xiàn)多種DSP算法。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，其特征在于所述的視頻采集機器人(4)與DSP通過三態(tài)門進行總線隔離，采用Altera公司的FLEX10K系列FPGA的EPF10K10AQC208來控制二者之間的總線切換邏輯以及其他一些控制信號的產(chǎn)生。
【專利摘要】一種基于DSP的全向視覺處理系統(tǒng)，為機器人的全景成像而設(shè)計，由全向視覺傳感器、CCD攝像機、DSP數(shù)字圖像處理系統(tǒng)組成。環(huán)境信息(光線)首先遇到全向視覺傳感器，在全向視覺傳感器鏡面發(fā)生了反射，采用的是雙曲線旋轉(zhuǎn)體的全向視覺傳感器，光線會射向雙曲線的另一個焦點，而攝像機的光心恰好處于雙曲線的另一個焦點位置由此外界的景物就在攝像機上成像了。
【IPC分類】B25J19/02, B25J19/04
【公開號】CN105710897
【申請?zhí)枴緾N201410728449
【發(fā)明人】趙晶, 楊亮
【申請人】哈爾濱功成科技創(chuàng)業(yè)投資有限公司