基于arm處理器的單目視覺(jué)測(cè)距定位系統(tǒng)
鄒偉，喻俊志，徐德，譚民
(中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，北京100190)
摘 要：針對(duì)在多機(jī)器人協(xié)作和服務(wù)機(jī)器人目標(biāo)追蹤的過(guò)程中，需要對(duì)目標(biāo)物體或者同伴進(jìn)行準(zhǔn)確的目標(biāo)定位這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)以arm9微處理器為處理模塊、cmos攝像頭為采集模塊的一個(gè)嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單目視覺(jué)測(cè)距定位。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)大體分為目標(biāo)識(shí)別和定位兩邵分，目標(biāo)標(biāo)識(shí)使用一個(gè)純色的色標(biāo)塊，通過(guò)對(duì)攝像頭采集的圖像中檢測(cè)色標(biāo)塊區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體定位；對(duì)色標(biāo)塊的圖像分割采用基于rcb三個(gè)顏色分量的閡值分割算法，單目測(cè)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(lái)完成。同時(shí)，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(diǎn)作為色標(biāo)塊的4個(gè)角點(diǎn)，從而提高角點(diǎn)檢測(cè)的精度：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該測(cè)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(hào)。
關(guān)鍵詞：arm9處理器；單目視覺(jué)；視寬定位；嵌入式圖像處理
中圖分類號(hào)：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼ia
1引 言
視覺(jué)測(cè)量是嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用方面，視覺(jué)測(cè)量與控制在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在視覺(jué)測(cè)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(jué)系統(tǒng)使用的攝像機(jī)數(shù)目的不同，視覺(jué)系統(tǒng)可以分為單目、雙目和多目視覺(jué)系統(tǒng)。
單目視覺(jué)系統(tǒng)采用一臺(tái)攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，本文采用的就是單目視覺(jué)系統(tǒng)。雙目視覺(jué)系統(tǒng)采用兩臺(tái)攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，多目視覺(jué)系統(tǒng)采用多臺(tái)攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。
本文在基于arm9的嵌入式平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了單目視覺(jué)測(cè)距功能，通過(guò)在目標(biāo)物體上放置一個(gè)純色的色標(biāo)塊（本文以粉紅色為例），讓攝像機(jī)對(duì)色標(biāo)塊進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)定位，以達(dá)到對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行測(cè)距定位的目的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)明，該系統(tǒng)測(cè)量精確度高、魯棒性好。
2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本視覺(jué)系統(tǒng)中，用一個(gè)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(yùn)行視覺(jué)算法，用sdram和flash作為外部存儲(chǔ)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(yùn)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(wàn)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(guò)26針的接口連接到主板上的，將采集到的24位rgb信號(hào)傳送到存儲(chǔ)設(shè)備中。存儲(chǔ)設(shè)備sdram/flash通過(guò)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(gè)內(nèi)存控制器接口。
3算法設(shè)計(jì)
該視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以分為色標(biāo)塊識(shí)別和攝像機(jī)標(biāo)定測(cè)距兩個(gè)部分。色標(biāo)塊識(shí)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(diǎn)匹配算法，攝像機(jī)標(biāo)定測(cè)距中的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定借助于matlab工具箱來(lái)完成，測(cè)距采用pnp方法中的p4p方法，用色標(biāo)塊的4個(gè)角點(diǎn)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(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行精確定值。
1)色標(biāo)塊識(shí)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(duì)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(duì)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(gè)顏色分量上，其結(jié)果再 |
