人工機(jī)器視覺(jué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)

原名：FPGA行動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)    

序號(hào)：ZL-JO8100

1.概述

目前市場(chǎng)上影像實(shí)時(shí)量測(cè)系統(tǒng)，基本配備為PC與PCI影像處理卡，并搭配模擬影像鏡頭與系統(tǒng)軟件，基本成本約10萬(wàn)，如再加上應(yīng)用軟件，使用者需花費(fèi)15至20萬(wàn)，才能達(dá)到實(shí)時(shí)量測(cè)實(shí)時(shí)控制，因而無(wú)法普及或大量使用。而視覺(jué)用影像模塊已經(jīng)廣泛使用，外型體積也非常短小，并且價(jià)格非常低廉，但由于偏向視覺(jué)傳輸，支持軟件無(wú)法與控制系統(tǒng)結(jié)合。

本次影像實(shí)時(shí)量測(cè)控制實(shí)驗(yàn)室，規(guī)劃方向就是采用視覺(jué)用CMOS影像芯片（640*480 彩色），搭配手調(diào)式焦距鏡頭，因影像量測(cè)必須快速取出影像、分析Histogram、二元化處理、兩維濾波處理、角度和尺寸檢測(cè)處理后，產(chǎn)生坐標(biāo)值控制馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，不是一般DSP或ARM芯片可完成，因此采用一百萬(wàn)邏輯閘FPGA。該FPGA 采用100萬(wàn)可程序邏輯閘（組件具備16*16=32的硬件乘法器共24組，可執(zhí)行灰階計(jì)算的處理，內(nèi)部的雙阜內(nèi)存共48K-byte，可做影像處理的緩沖區(qū)使用），采用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)與撰寫(xiě)影像處理相關(guān)程序，一則影像處理執(zhí)行速度相對(duì)于一般DSP或ARM更快，二則可制作成視覺(jué)專(zhuān)用芯片，視覺(jué)處理速度高達(dá)每秒30次，同時(shí)控制24組伺服舵機(jī)，非常適合于機(jī)器人視覺(jué)跟蹤發(fā)展系統(tǒng)。

           FPGA視覺(jué)控制模塊影像處理控制流程如下：

2.產(chǎn)品特點(diǎn)

1. 采用雙核心控制，FPGA做視覺(jué)處理，MSP430執(zhí)行機(jī)器人跟蹤控制。

2. 提供完整機(jī)器人視覺(jué)跟蹤控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3. 提供完整機(jī)器人視覺(jué)跟蹤控制實(shí)驗(yàn)操作手冊(cè)。

4. 提供VHDL開(kāi)發(fā)環(huán)境與USB下載驅(qū)動(dòng)程序。

5. 提供MSP430微控器 C與匯編語(yǔ)言編輯、翻譯與USB下載驅(qū)動(dòng)程序。

6. 提供 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)時(shí)監(jiān)控與設(shè)定。

7. 影像偵測(cè)處理點(diǎn)狀目標(biāo)與線狀目標(biāo)偵測(cè)，同時(shí)控制24組伺服舵機(jī)位置控制，可每秒完成30次。

8. 點(diǎn)狀目標(biāo)偵測(cè)提供目標(biāo)物X與Y坐標(biāo)值、長(zhǎng)與寬值、大小與密度值。

9. 控制板體積小，速度快，能裝于機(jī)器人上。

10. 可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)追蹤。在類(lèi)人足球比賽中，能準(zhǔn)確追蹤足球。

3.產(chǎn)品簡(jiǎn)介

FPGA 視覺(jué)追蹤控制模塊

1、 采用 Xilinx 100 萬(wàn)容量 FPGA 可程序邏輯閘 （該組件具備16*16=32的硬件乘法器共24組，可執(zhí)行灰階計(jì)算的處理，內(nèi)部的雙阜內(nèi)存共48K-byte，可做視覺(jué)處理的緩沖區(qū)使用）。

2、 TI- MSP430 省電型 16 bits 微控器。

3、 與 PC 聯(lián)機(jī)采用 USB 2.0 傳輸，可任意設(shè)定控制參數(shù)作實(shí)時(shí)控制。

4、 128K RAM 內(nèi)存。

5、 512K Flash ROM 程序與 FPGA 電路燒錄儲(chǔ)存區(qū)。

6、 26PIN 輸出接口，提供 CMOS 控制接口。

7、 CMOS 數(shù)字視覺(jué)芯片模塊（640*480 像素 、16Bits RGB 彩色輸出），并含可調(diào)整焦距鏡頭。

8、 24 組伺服舵機(jī)控制接口（26Pin 輸出接口）。

9、 提供ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊接口。

10、 提供光纖輸出與光纖輸入通訊聯(lián)機(jī)接口。

11、 由 7.4V 鋰電池供應(yīng)。

12、 本體尺寸為：65㎜（長(zhǎng)）＊ 95㎜（寬）。

伺服舵機(jī)連接模塊

1、 提供24排3pin伺服舵機(jī)電源與控制信號(hào)插接口。

2、 26Pin 輸入接口與FPGA視覺(jué)控制模塊相連接。

3、 伺服舵機(jī)控制信號(hào)提升電路。

ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊

1、 采用CC2420 通訊芯片

2、 RF訊框架構(gòu)是符合IEEE 802.15.4的規(guī)格

3、 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可由主節(jié)點(diǎn)與30個(gè)的輔節(jié)點(diǎn)聯(lián)機(jī)

4、 有效傳輸范圍50 米（空曠地區(qū)）

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)一：伺服舵機(jī)位置控制實(shí)驗(yàn)：可選擇各組伺服機(jī)控制與位置設(shè)定控制。

實(shí)驗(yàn)二：選擇鏡頭及目標(biāo)色彩：練習(xí)鏡頭設(shè)定與焦距調(diào)整，鏡面翻轉(zhuǎn)設(shè)定、亮度參數(shù)設(shè)定、設(shè)定點(diǎn)、線目標(biāo)后觀測(cè)與監(jiān)控。

實(shí)驗(yàn)三：色彩濾波及參數(shù)調(diào)整：練習(xí)設(shè)定點(diǎn)、線目標(biāo)后色彩選擇后的灰階影像，兩維濾波后的灰階影像，二元化之后的黑白影像(以th1為參數(shù))，厚度偵測(cè)后的灰階影像，黑白影像(以th2為參數(shù))，線型偵測(cè)后的黑白影像觀測(cè)與監(jiān)控。

實(shí)驗(yàn)四：點(diǎn)狀目標(biāo)的視覺(jué)偵測(cè)實(shí)驗(yàn)：原始視覺(jué)觀測(cè)，色彩分類(lèi)觀測(cè)，.二元視覺(jué)觀測(cè)，視覺(jué)偵測(cè)顯示，偵測(cè)紀(jì)錄顯示，并控制機(jī)器人頸部跟蹤與手臂揮手控制。

實(shí)驗(yàn)五：線狀目標(biāo)的視覺(jué)偵測(cè)實(shí)驗(yàn)：原始視覺(jué)觀測(cè)，色彩分類(lèi)觀測(cè)，.二元視覺(jué)觀測(cè)，視覺(jué)偵測(cè)顯示，偵測(cè)紀(jì)錄顯示。

實(shí)驗(yàn)六：機(jī)器人直線行走控制：練習(xí)機(jī)器人直線行走控制

實(shí)驗(yàn)七：機(jī)器人頭部眼睛追球控制：當(dāng)目標(biāo)設(shè)定后，機(jī)器人頭與頸部，每秒可完成30次目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤控制。

實(shí)驗(yàn)八：機(jī)器人直線跟蹤踢球控制：當(dāng)目標(biāo)設(shè)定正前方位置后，機(jī)器人直線向前行走，并實(shí)時(shí)修正與目標(biāo)物成一直線行走，直到找到可踢球位置，執(zhí)行機(jī)器人踢球控制。

實(shí)驗(yàn)九：機(jī)器人尋球跟蹤踢球控制：當(dāng)目標(biāo)設(shè)定任一方位置后，機(jī)器人先找到目標(biāo)位置后，直線向前行走，并實(shí)時(shí)修正與目標(biāo)物成一直線行走，直到找到可踢球位置，執(zhí)行機(jī)器人踢球控制。

5.實(shí)驗(yàn)設(shè)備