基于arm處理器的單目視覺測距定位系統(tǒng)
鄒偉，喻俊志，徐德，譚民
(中國科學(xué)院自動化研究所，北京100190)
摘 要：針對在多機(jī)器人協(xié)作和服務(wù)機(jī)器人目標(biāo)追蹤的過程中，需要對目標(biāo)物體或者同伴進(jìn)行準(zhǔn)確的目標(biāo)定位這個問題，設(shè)計了一個以arm9微處理器為處理模塊、cmos攝像頭為采集模塊的一個嵌入式視覺系統(tǒng)，實現(xiàn)了單目視覺測距定位。該系統(tǒng)設(shè)計大體分為目標(biāo)識別和定位兩邵分，目標(biāo)標(biāo)識使用一個純色的色標(biāo)塊，通過對攝像頭采集的圖像中檢測色標(biāo)塊區(qū)域來實現(xiàn)目標(biāo)物體定位；對色標(biāo)塊的圖像分割采用基于rcb三個顏色分量的閡值分割算法，單目測距采用p4p方法，其中，攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定則借助于matlab工具箱來完成。同時，采用ransac方法確定色標(biāo)塊的四條邊界直線，以四條直線交點作為色標(biāo)塊的4個角點，從而提高角點檢測的精度：實驗結(jié)果表明，該測距定位系統(tǒng)定位精度較高，系統(tǒng)魯棒性好，具有良好的應(yīng)用前號。
關(guān)鍵詞：arm9處理器；單目視覺；視寬定位；嵌入式圖像處理
中圖分類號：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼ia
1引 言
視覺測量是嵌入式視覺系統(tǒng)的一個應(yīng)用方面，視覺測量與控制在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在視覺測量中，由充當(dāng)機(jī)器人眼睛的攝像機(jī)采集到目標(biāo)物體的二維圖像信息，然后送到處理器進(jìn)行處理，以確定物體的位置和方位等信息。根據(jù)視覺系統(tǒng)使用的攝像機(jī)數(shù)目的不同，視覺系統(tǒng)可以分為單目、雙目和多目視覺系統(tǒng)。
單目視覺系統(tǒng)采用一臺攝像機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行測量，本文采用的就是單目視覺系統(tǒng)。雙目視覺系統(tǒng)采用兩臺攝像機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行測量，多目視覺系統(tǒng)采用多臺攝像機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行測量。
本文在基于arm9的嵌入式平臺上實現(xiàn)了單目視覺測距功能，通過在目標(biāo)物體上放置一個純色的色標(biāo)塊（本文以粉紅色為例），讓攝像機(jī)對色標(biāo)塊進(jìn)行識別檢測定位，以達(dá)到對目標(biāo)物體進(jìn)行測距定位的目的。經(jīng)實驗標(biāo)明，該系統(tǒng)測量精確度高、魯棒性好。
2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
本視覺系統(tǒng)中，用一個cmos攝像頭作為圖像采集模塊進(jìn)行圖像采集，選用基于arm9的s3 c2440a處理器作為嵌入式處理器運行視覺算法，用sdram和flash作為外部存儲器。
具體硬件構(gòu)成如下：
①微處理器采用三星公司的s3 c2440，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行在主頻405 mhz，主頻****可以達(dá)到530 mhz。
②64 m字節(jié)的sdram，由兩片k4s561632組成，工作在32位模式下。
③64 m字節(jié)的naivd flash，采用的是k9 f1208，可以兼容16m，32 m或128 m字節(jié)。
④攝像頭模塊：cmos攝像頭，內(nèi)核芯片ov7620，30萬像素，幀速率30 fps：
⑤spi接口。
⑥串行eeprom: at24c02 4kbytes eeprom,iic接口。
其結(jié)構(gòu)框圖，如圖l所示。
其中，cmos攝像頭是通過26針的接口連接到主板上的，將采集到的24位rgb信號傳送到存儲設(shè)備中。存儲設(shè)備sdram/flash通過內(nèi)存控制器將數(shù)據(jù)發(fā)送到微處理進(jìn)行處理，它有8個內(nèi)存控制器接口。
3算法設(shè)計
該視覺系統(tǒng)的設(shè)計可以分為色標(biāo)塊識別和攝像機(jī)標(biāo)定測距兩個部分。色標(biāo)塊識別所采用的算法有彩色圖像的閾值分割算法、邊緣提取算法和角點匹配算法，攝像機(jī)標(biāo)定測距中的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定借助于matlab工具箱來完成，測距采用pnp方法中的p4p方法，用色標(biāo)塊的4個角點的已知信息進(jìn)行攝像機(jī)外參數(shù)的標(biāo)定，標(biāo)定完攝像機(jī)外參數(shù)，就可以對目標(biāo)物體進(jìn)行精確定值。
1)色標(biāo)塊識別算法
①彩色圖像閾值分割算法直方圖閾值法是灰度圖像廣泛使用的一種分割方法，它基于對灰度圖像這樣的一種假設(shè)：目標(biāo)或背景內(nèi)部的相鄰像素間的灰度值是相似的，但不同目標(biāo)或背景上的像素灰度差異較大，其反映在直方圖上就是不同目標(biāo)或背景對應(yīng)不同的峰。彩色圖像閾值分割把直方圖閩值分割應(yīng)用到不同的顏色空間，甚至可以直接應(yīng)用于每個顏色分量上，其結(jié)果再 |
