人工機器視覺實驗開發系統

人工機器視覺實驗開發系統

原名：FPGA行動系統控制系統    

序號：ZL-JO8100

1.概述

目前市場上影像實時量測系統，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軟件，基本成本約10萬，如再加上應用軟件，使用者需花費15至20萬，才能達到實時量測實時控制，因而無法普及或大量使用。而視覺用影像模塊已經廣泛使用，外型體積也非常短小，并且價格非常低廉，但由于偏向視覺傳輸，支持軟件無法與控制系統結合。

本次影像實時量測控制實驗室，規劃方向就是采用視覺用CMOS影像芯片（640*480 彩色），搭配手調式焦距鏡頭，因影像量測必須快速取出影像、分析Histogram、二元化處理、兩維濾波處理、角度和尺寸檢測處理后，產生坐標值控制馬達運動，不是一般DSP或ARM芯片可完成，因此采用一百萬邏輯閘FPGA。該FPGA 采用100萬可程序邏輯閘（組件具備16*16=32的硬件乘法器共24組，可執行灰階計算的處理，內部的雙阜內存共48K-byte，可做影像處理的緩沖區使用），采用VHDL語言設計與撰寫影像處理相關程序，一則影像處理執行速度相對于一般DSP或ARM更快，二則可制作成視覺專用芯片，視覺處理速度高達每秒30次，同時控制24組伺服舵機，非常適合于機器人視覺跟蹤發展系統。

           FPGA視覺控制模塊影像處理控制流程如下：

2.產品特點

1. 采用雙核心控制，FPGA做視覺處理，MSP430執行機器人跟蹤控制。

2. 提供完整機器人視覺跟蹤控制實驗項目。

3. 提供完整機器人視覺跟蹤控制實驗操作手冊。

4. 提供VHDL開發環境與USB下載驅動程序。

5. 提供MSP430微控器 C與匯編語言編輯、翻譯與USB下載驅動程序。

6. 提供 ZigBee 無線網絡通訊實時監控與設定。

7. 影像偵測處理點狀目標與線狀目標偵測，同時控制24組伺服舵機位置控制，可每秒完成30次。

8. 點狀目標偵測提供目標物X與Y坐標值、長與寬值、大小與密度值。

9. 控制板體積小，速度快，能裝于機器人上。

10. 可以實現目標的動態追蹤。在類人足球比賽中，能準確追蹤足球。

3.產品簡介

FPGA 視覺追蹤控制模塊

1、 采用 Xilinx 100 萬容量 FPGA 可程序邏輯閘 （該組件具備16*16=32的硬件乘法器共24組，可執行灰階計算的處理，內部的雙阜內存共48K-byte，可做視覺處理的緩沖區使用）。

2、 TI- MSP430 省電型 16 bits 微控器。

3、 與 PC 聯機采用 USB 2.0 傳輸，可任意設定控制參數作實時控制。

4、 128K RAM 內存。

5、 512K Flash ROM 程序與 FPGA 電路燒錄儲存區。

6、 26PIN 輸出接口，提供 CMOS 控制接口。

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

8、 24 組伺服舵機控制接口（26Pin 輸出接口）。

9、 提供ZigBee無線網絡通訊接口。

10、 提供光纖輸出與光纖輸入通訊聯機接口。

11、 由 7.4V 鋰電池供應。

12、 本體尺寸為：65㎜（長）＊ 95㎜（寬）。

伺服舵機連接模塊

1、 提供24排3pin伺服舵機電源與控制信號插接口。

2、 26Pin 輸入接口與FPGA視覺控制模塊相連接。

3、 伺服舵機控制信號提升電路。

ZigBee 無線網絡通訊模塊

1、 采用CC2420 通訊芯片

2、 RF訊框架構是符合IEEE 802.15.4的規格

3、 無線網絡可由主節點與30個的輔節點聯機

4、 有效傳輸范圍50 米（空曠地區）

4.實驗內容

實驗一：伺服舵機位置控制實驗：可選擇各組伺服機控制與位置設定控制。

實驗二：選擇鏡頭及目標色彩：練習鏡頭設定與焦距調整，鏡面翻轉設定、亮度參數設定、設定點、線目標后觀測與監控。

實驗三：色彩濾波及參數調整：練習設定點、線目標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)，厚度偵測后的灰階影像，黑白影像(以th2為參數)，線型偵測后的黑白影像觀測與監控。

實驗四：點狀目標的視覺偵測實驗：原始視覺觀測，色彩分類觀測，.二元視覺觀測，視覺偵測顯示，偵測紀錄顯示，并控制機器人頸部跟蹤與手臂揮手控制。

實驗五：線狀目標的視覺偵測實驗：原始視覺觀測，色彩分類觀測，.二元視覺觀測，視覺偵測顯示，偵測紀錄顯示。

實驗六：機器人直線行走控制：練習機器人直線行走控制

實驗七：機器人頭部眼睛追球控制：當目標設定后，機器人頭與頸部，每秒可完成30次目標實時跟蹤控制。

實驗八：機器人直線跟蹤踢球控制：當目標設定正前方位置后，機器人直線向前行走，并實時修正與目標物成一直線行走，直到找到可踢球位置，執行機器人踢球控制。

實驗九：機器人尋球跟蹤踢球控制：當目標設定任一方位置后，機器人先找到目標位置后，直線向前行走，并實時修正與目標物成一直線行走，直到找到可踢球位置，執行機器人踢球控制。

5.實驗設備