机器人视觉图像预处理系统及机器人技术方案

技术编号:15787589 阅读:464 留言:0更新日期:2017-07-09 13:27
本实用新型专利技术涉及一种机器人视觉图像预处理系统及机器人,其中本机器人视觉图像预处理系统包括:光学组件、图像处理器单元;所述光学组件通过CCD图像传感器及AD转换模块将采集的图像信息发送至图像处理器单元;其中所述图像处理器单元适于采用嵌入ARM硬核的FPGA处理器,其包括:可编程逻辑PL端,且该可编程逻辑PL端包括:图像输入连接端、图像输出连接端;所述CCD图像传感器的输出端与图像处理器单元的图像输入连接端相连;所述图像处理器单元的图像输出连接端与外部显示模块相连;以及所述图像处理器单元通过内置的DDR存储控制器与片外存储器的通信,以存储图像数据流。

【技术实现步骤摘要】
机器人视觉图像预处理系统及机器人
本技术涉及一种机器人视觉图像预处理系统及机器人。
技术介绍
目前,机器人没有统一的体系结构,其功能构件的模块化与标准化缺乏相应的标准体系与接口规范,在研发中存在大量低水平的简单重复工作,不能实现各种功能构件之间的可重用与置换,因此没有形成专业化的配套与产业链分工,不能实现工业化级别的生产,致使制造成本高昂,制约了其产业的形成和发展。机器人模块化体系结构是指对机器人的各功能构件进行模块化、标准化分解,实现软硬件分离与功能独立化,在面向不同应用时,可通过重构的方式实现机器人的系统设计。视觉作为机器人重要的感知方式,需要完成环境图像信息的采集、处理、提取机器人所需要的信息等功能,是机器人一个典型的功能构件。研究通用的视觉模块可以减少很多重复的研发工作;此外,由于大量的图像处理运算在独立于上位机的模块内运行,因此可以极大程度地减轻上位机的负担,使其更好地对全局进行控制。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种机器人视觉图像预处理系统,以解决传统的图像处理系统接口单一、运算速度不理想的技术问题。为了解决上述技术问题,本技术提供了一种机器人视觉图像预处理系统,包括:光学组件、图像处理器单元;所述光学组件通过CCD图像传感器及AD转换模块将采集的图像信息发送至图像处理器单元;其中所述图像处理器单元适于采用嵌入ARM硬核的FPGA处理器,其包括:可编程逻辑PL端,且该可编程逻辑PL端包括:图像输入连接端、图像输出连接端;所述CCD图像传感器的输出端与图像处理器单元的图像输入连接端相连;所述图像处理器单元的图像输出连接端与外部显示模块相连;以及所述图像处理器单元通过内置的DDR存储控制器与片外存储器的通信,以存储图像数据流。进一步,所述图像处理器单元还包括PS端,且PS端与可编程逻辑PL端通过AXI总线进行互联。进一步,所述PS端设有相应外设接口,即SD卡接口、以太网接口、USB接口和CAN通讯接口。又一方面,本技术还提供了一种机器人,以解决机器人视觉处理的技术问题。为了解决上述技术问题,本机器人包括:将所述机器人视觉图像预处理系统作为机器人的视觉系统。进一步,所述机器人包括:主处理器,所述主处理器通过CAN总线与图像处理器单元相连,以获得机器人视觉图像预处理系统采集的视频数据,并在视频数据中识别目标,并根据目标控制机械手实现相应动作。本技术的有益效果是,本技术的机器人视觉图像预处理系统及机器人将ARM的强大计算功能和FPGA的拓展功能进行结合,具有很强的拓展性,能够提供多种接口满足不同场合需要,并且具有较强的图像预处理功能,并且通过以太网接口接受远程控制并远程传输对运动目标的检测和跟踪结果。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是本技术的机器人视觉图像预处理系统的原理框图;图2是本技术的图像处理器单元的原理框图。具体实施方式现在结合附图对本技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本技术的基本结构,因此其仅显示与本技术有关的构成。实施例1如图1所示,本实施例1提供了一种机器人视觉图像预处理系统,包括:光学组件、图像处理器单元;所述光学组件通过CCD图像传感器及AD转换模块将采集的图像信息发送至图像处理器单元;其中所述图像处理器单元适于采用嵌入ARM硬核的FPGA处理器,其包括:可编程逻辑PL端,且该可编程逻辑PL端包括:图像输入连接端、图像输出连接端;所述CCD图像传感器的输出端与图像处理器单元的图像输入连接端相连;所述图像处理器单元的图像输出连接端与外部显示模块相连;以及所述图像处理器单元通过内置的DDR存储控制器与片外存储器的通信,以存储图像数据流。所述图像处理器单元还包括PS端,且PS端与可编程逻辑PL端通过AXI总线进行互联。具体的,本图像处理器单元例如但不限于采用Xilinx公司的Zynq-7020处理器,所述Zynq-7020处理器为嵌入ARM硬核的FPGA处理器,且集成了双核ARMCortex-A9处理器的PS端和可编程逻辑PL端。其中PL端通过内部多组的AXI总线互连挂载在PS端实现控制;并且PS端还包括但不限于片上存储器和若干外部存储器接口。具体的,外界光线通过光学组件形成CCD图像传感器的感光面上的入射光,其感光区域通过光电二极管将光信号转换为电荷信号,通过驱动信号从CCD图像传感器的输出端串行输出模拟量信号到AD转换模块实现采样转换为数字信号,再传输至Zynq-7020处理器的内部进行处理。所述PS端和PL端由AXI总线进行互联,图像最终保存至片外存储器(DDR3存储器)中。保存在存储器中的图像经过PS端输出至HDMI接口进行实时显示。所述PS端设有相应外设接口,即SD卡接口、以太网接口、USB接口和CAN通讯接口,具体的,以太网通信模块由PS端控制,实现远程控制和访问请求。所述CCD图像传感器例如但不限于选用ICX618ALA芯片。ICX618ALA芯片为逐行扫描模式,所有单位像素上的电荷均被顺序读出。在指定的曝光时间中,光电二极管积累了一定量由光子转换而成的信号电荷,在六路垂直转移信号形成的四相电极配合下读出至垂直寄存器,再将垂直寄存器中最底行的电荷转移至水平移位寄存器,转移过程中其余行也顺次移位至下一行;再由两路水平转移信号形成的两相电极配合顺次移到浮置扩散放大器进行电荷量检测并经由VOUT引脚输出,复位脉冲信号在每一位电荷检测出后清除残余电荷。另外,ΦSUB为电子快门信号,当ΦSUB引脚接收到有效脉冲时,芯片将所有光电二极管的残留电荷清除,再由垂直转移信号组执行信号读出。ICX618ALA芯片属于模拟器件,因此,可以选用驱动芯片CXD1267AN,通过该驱动芯片建立外围电路将Zynq-7020处理器中PL端输出的控制信号转变为电平幅值和相位不同的垂直转移信号,同时满足CCD图像传感器芯片的电流驱动能力。所述AD转换模块例如但不限于采用ADI公司生产的AD9949芯片,该芯片的AD转化速率较快、控制精度较高、带有部分CCD驱动功能。其采样频率36MHz高于CCD芯片的基准频率,采样位宽能达到12位。CCD图像传感器的VOUT输出信号连接到AD9949芯片的CCDIN引脚输入,依次经过AD9949芯片内部的相关双采样、像素增益放大、可编程增益放大和黑电平箝位后再由12位宽的数模转换器并行输出数字信号。AD9949芯片的水平转移时序驱动器,可提供最多4路水平转移信号(H1-H4)和RG复位脉冲信号。驱动过程的基准频率由AD9949芯片的主时钟CLI引脚提供,同步信号则由VD、HD引脚输入控制,连接至Zynq-7020处理器的PL端直接提供,分别产生帧同步信号和行同步信号。Zynq-7020处理器的内部模块划分如图2所示。CCD图像传感器或其CCD驱动电路和AD转换电路与图像输入连接端相连,可编程逻辑PL端内包括图像采集IP核模块,图像采集IP核模块将图像信号以XSVI视频流总线的模式传输到XSVI转AXI总线,针对XSVI的视频格式通过设置IP核内相关寄存器可转换为AXI传输总线模式。图像数据流再通过AXI总线转VDMA完成图像采集IP核模块在PS端的挂载,PS端本文档来自技高网...
机器人视觉图像预处理系统及机器人

【技术保护点】
一种机器人视觉图像预处理系统,其特征在于,包括:光学组件、图像处理器单元;所述光学组件通过CCD图像传感器及AD转换模块将采集的图像信息发送至图像处理器单元;其中所述图像处理器单元适于采用嵌入ARM硬核的FPGA处理器,其包括:可编程逻辑PL端,且该可编程逻辑PL端包括:图像输入连接端、图像输出连接端;所述CCD图像传感器的输出端与图像处理器单元的图像输入连接端相连;所述图像处理器单元的图像输出连接端与外部显示模块相连;以及所述图像处理器单元通过内置的DDR存储控制器与片外存储器的通信,以存储图像数据流。

【技术特征摘要】
1.一种机器人视觉图像预处理系统,其特征在于,包括:光学组件、图像处理器单元;所述光学组件通过CCD图像传感器及AD转换模块将采集的图像信息发送至图像处理器单元;其中所述图像处理器单元适于采用嵌入ARM硬核的FPGA处理器,其包括:可编程逻辑PL端,且该可编程逻辑PL端包括:图像输入连接端、图像输出连接端;所述CCD图像传感器的输出端与图像处理器单元的图像输入连接端相连;所述图像处理器单元的图像输出连接端与外部显示模块相连;以及所述图像处理器单元通过内置的DDR存储控制器与片外存储器的通信,以存储图像数据流。2.根据权利要求1所述的机器人视觉图像预处理...

【专利技术属性】
技术研发人员:陶国正乔宏哲
申请(专利权)人:常州机电职业技术学院
类型:新型
国别省市:江苏,32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1