獨立式影像處理系統

Stand-alone Image Processing systems

   研究生:李啟銘          指導教授:宋開泰教授  

    

為了達成即時影像追蹤控制的目的,我們將採用Image-based之控制架構(具軸接點內迴路控制)。直接透過影像特徵而進行追蹤控制,而不需再透過逆向運動學來推導目標點位置與姿態,如此一來更能使系統進行即時性之控制。由圖中可知,要完成影像追蹤,必須整合下列工作:(1)各軸接點(Joint)內迴路控制﹔(2)影像特徵之萃取﹔(3)利用影像特徵迴授之外迴路控制。其中在影像特徵萃取方面,由於一般作法必須透過影像擷取卡來擷取影像,再傳送至CPU進行處理•在傳送完成後,才能進行下一筆影像之擷取,如此將使得CPU每秒所能獲得之影像個數無法達到CCD傳輸每秒30張的影像圖框,降低系統即時性。由於CCD每秒可以有60張的影像圖場(一張圖框分奇偶圖場),若能設計一影像系統,使得其對於影像處理可以在取得一個圖場所需的時間內完成,則便可將影像處理速度提升至30Hz。基於此一構想之影像系統與一般需透過影像擷取卡之系統其工作狀態時序之比較如圖1.5所示。這樣的方式雖然會造成影像解析度降低,但仍可滿足移動式機械臂控制系統的需求。

    再者由於移動式機械臂乃是獨立系統,若以PC為建構之基礎,則體積便會受限於PC本身所佔的空間,若能將系統功能改以嵌入式架構取代,便能大幅減小整個移動式機械臂之體積。

         經由上述的考量,本論文將設計並製作一張即時影像處理卡,並將其運用在移動式機械臂中之二軸機械臂影像追蹤控制。整體控制架構如圖1所示,將以下列方式來建立:(1)對於軸接點的內迴路工作,主要是利用HCTL1100運動控制卡來達成各軸機械臂之迴路控制。(2)對於影像特徵之萃取乃是由即時影像處理卡擷取CCD攝影機影像資料,透過內部規劃的影像處理程式,以達成此項工作。(3)利用PC透過RS232C接收由即時影像處理系統傳回之萃取值,來進行外迴路控制。

 


                                             圖1 二軸機械臂影像追蹤控制架構

        對於影像伺服控制,其中有一項工作就是必須對影像特徵萃取•為了解決影像特徵萃取之即時性,在此我們設計並以手焊的方式,製作了一張以德州儀器(TI)所生產的TMS320C32數位訊號處理器為處理核心之影像處理卡,圖2為即時影像處理卡實體圖。

 系統主要規格為:

u      影像輸入:最多可以連接四個通道之影像輸入

u      影像解析度:360 x 240-pixels RGB24-bit

u      影像更新速率:最快可達每秒30

u      影像暫存區:512K x 32-bit(以360 x 240-pixels來說,共可儲存6-7張影像)

u      影像輸出:一 BNC介面(顯示原始影像)與一VGA顯示介面(顯示規格640 x 480-pixels60Hz)  

                                                                     圖2 即時影像處理卡體圖               

u對外界資料傳輸:RS232C介面,最快可達1.152Mbps

 

主要元件包含:

u      系統電源與重置:7805EZ1117電壓調節器(Voltage regulator

u      VIP影像處理模組:SAA7111A影像輸入處理器(VIP

u      前端記憶體:W2401024A靜態記憶體

u      DSPTMS320C32數位訊號處理器(50MHz)

u      Boot LoaderW2401024A靜態記憶體與AT29C040AFlash Rom

u      Buffer記憶體:CY7C1049靜態記憶體

u      FPGA模組:EPM7128SLC-6

u      RS232輸出入裝置:ST16C550MAX232

u      VGA記憶體:CY7C1049靜態記憶體

u      VGA輸出端:TMC3503影像D/A轉換器

 

 

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