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基于嵌入式系统的机器视觉及其在机器人控制中的应用

王建华  
【摘要】:视觉是人类信息的主要来源。随着计算机技术的发展,机器视觉在工农业生产和国防等领域已得到成功的应用。根据运行环境的不同,机器视觉系统可分为PC-BASED系统和PLC-BASED系统。由于这两种系统成本都相对较高、软硬件系统相对复杂、体积相对较大,因此,在应用中受到一定的限制。 目前,面向测控对象的单片机和基于单片机的嵌入式系统以其体积小、价格低、开发环境简单、运用灵活、能很好地满足应用系统的嵌入、现场可靠运行等优点,在各领域得到广泛的应用。因此,如果能将机器视觉建立在嵌入式系统平台上,将极大地拓展机器视觉的应用范围,这就是本文研究的目的。机器人的智能控制是机器视觉的典型应用,我校参加全国大学生机器人电视大赛的实际需要是本课题的直接来源。 本文在机器视觉与嵌入式系统的交叉点选题,试图将机器视觉与嵌入式系统结合起来,在开发基于嵌入式的机器视觉系统方面进行一些探索,以拓展机器视觉的应用范围。探索的结果是成功的,将机器视觉建立在基于单片机的嵌入式系统平台上是可行的。文中通过对机器视觉各种算法的回顾,提出一种适合于嵌入式系统的机器人视觉引导算法,以此为依据,设计了相应的硬件系统和软件系统,并进行了大量的仿真和实际测试。实验结果表明,提出的算法和设计的软硬件系统达到了本课题研究的目标和要求,取得良好效果。 本文共分为六章。第一章是绪论部分,先对本文涉及的机器视觉、嵌入式系统和机器人三个主要方面进行概述,从中引出本课题的研究目标和内容。第二章是硬件系统设计,根据第一章提出的目标并结合目前硬件系统设计的发展趋势,建立课题研究的硬件平台。第三章是算法研究,通过对现有机器视觉计算理论的回顾,结合基于单片机的嵌入式系统的特点,提出适合的算法,并用Matlab进行仿真。第四章是软件设计,根据上一章提出的算法和系统的功能要求,设计嵌入式操作系统、机器人视觉系统和行走控制系统。第五章是实验测试,按照第一章提出的目标,对提出的算法、设计的硬件系统和软件系统进行测试检验。第六章是结论和展望,根据上一章的实验结果对本课题的研究作出结论,并对本课题研究中的不足之处和后续研究提出一些建议。


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