劉姣龍

摘 要：以嵌入式系統(tǒng)為研究對(duì)象，詳細(xì)研究了該系統(tǒng)在機(jī)器人視覺中應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題，并對(duì)其應(yīng)用思路與策略等進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);機(jī)器人視覺;操作系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.135

0 前言

現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人與嵌入式系統(tǒng)之間是緊密聯(lián)系在一起的，在最初的技術(shù)設(shè)計(jì)中，機(jī)器人系統(tǒng)主要采用數(shù)控技術(shù)，但是發(fā)展速度緩慢。而針對(duì)這種問(wèn)題，嵌入式系統(tǒng)的高度發(fā)展以及智能技術(shù)的發(fā)展，讓機(jī)器人技術(shù)得到了進(jìn)一步的完善。其中在機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)也具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值，值得關(guān)注。

1 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

在機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)可以發(fā)揮自身的儲(chǔ)存映射功能，其具體的設(shè)計(jì)思路包括：

（1）系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的初始化。在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，標(biāo)識(shí)已經(jīng)成為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)，所以需要設(shè)置異常中斷的向量表，并完成初始化儲(chǔ)存。在這種情況下，初始化模式下的數(shù)據(jù)棧中具有一些關(guān)鍵的I/O結(jié)構(gòu);針對(duì)初始化數(shù)據(jù)異常中斷，通過(guò)RAM變量，若有具體的使用需求，可以由處理器足處理各種運(yùn)行需求。

（2）應(yīng)用程序的初始化。機(jī)器人視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要以不同的應(yīng)用程序?yàn)榍腥朦c(diǎn)，并根據(jù)程序設(shè)計(jì)的要求，對(duì)其系統(tǒng)的功能等作出調(diào)整，這樣才能最大程度上保證其系統(tǒng)功能可以達(dá)到預(yù)期。其設(shè)計(jì)思路為：1）將初始化的機(jī)器人視覺系統(tǒng)搬運(yùn)到“可寫”的數(shù)據(jù)區(qū)，這樣在嵌入式系統(tǒng)中，各種映像數(shù)據(jù)可以被隨時(shí)保存在ROM中，并且在系統(tǒng)運(yùn)行中，這些數(shù)據(jù)可能被改寫[1]。所以初始化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，就是要完成對(duì)RW屬性數(shù)據(jù)的處理，并將其寫在儲(chǔ)存區(qū)。2）在運(yùn)行映像文件時(shí)，可以將系統(tǒng)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)寫在儲(chǔ)存區(qū)，并構(gòu)建具有ZI屬性的數(shù)據(jù)區(qū)。

2 嵌入式操作系統(tǒng)的移植

與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，嵌入式操作系統(tǒng)存在著明顯區(qū)別，在系統(tǒng)運(yùn)行階段，嵌入式系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)體系的軟件與硬件資源，并負(fù)責(zé)其中關(guān)鍵數(shù)據(jù)的調(diào)度與調(diào)整，這樣才能在最大程度上體現(xiàn)系統(tǒng)所具有的特征，或者針對(duì)不同的運(yùn)行要求，選擇卸載某些模塊來(lái)滿足自身的運(yùn)行要求。同時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)性操作強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段，需要以當(dāng)前的系統(tǒng)功能為切入點(diǎn)來(lái)處理各種突發(fā)事件;系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所選擇的編碼體系小，所以在應(yīng)用中可以滿足打大部分嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)用要求，并在有限的系統(tǒng)空間完成儲(chǔ)存、運(yùn)行，具有理想的可靠性。

在這種系統(tǒng)環(huán)境下，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)的移植設(shè)計(jì)，可以將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)在其他微處理器平臺(tái)上的運(yùn)行要求。所以為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文選擇在S3C44BOX微處理器上完成系統(tǒng)功能移植，并構(gòu)建一個(gè)相對(duì)應(yīng)的軟件開發(fā)環(huán)境。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，并且適用于不同新處理器的運(yùn)行要求，所以可以在機(jī)器人視覺系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

3 基于嵌入式系統(tǒng)的機(jī)器人視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 微處理器的選型

在機(jī)器人視覺系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，首先需要確定微處理器的選型，本文所采用的ARM微處理器中包含著大量的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，因此可以適用于不同領(lǐng)域的使用要求，但是考慮到嵌入式操作系統(tǒng)移植的要求，可以在ARM微處理器的基礎(chǔ)上，選擇uc/os為內(nèi)核，該內(nèi)核不需要MMU支持，并提供更加全面的功能支持。

3.2 系統(tǒng)工作頻率的選擇

系統(tǒng)的工作能力在一定程度上影響了ARM的微處理器的運(yùn)行能力，根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，常見的ARM芯片系統(tǒng)的主時(shí)針為20MHZ-133MHz，并而AMR9微處理器的最大運(yùn)行頻率為1.1MIPS/MHz。所以根據(jù)這一功率的要求，在視覺系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，必須要根據(jù)不同微處理器的選型情況進(jìn)行調(diào)整[2]。雖然從理論上來(lái)看，微處理器的工作頻率較高，但是會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。所以針對(duì)這種情況，需要選擇適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)工具來(lái)選擇頻率，確保其經(jīng)濟(jì)效益可以得到最大程度的發(fā)揮。

3.3 視覺系統(tǒng)的匹配

本文將機(jī)器人視覺系統(tǒng)的定義為一個(gè)過(guò)程：在通過(guò)攝像頭等視覺傳感器獲得三維景物的圖像之后，可以通過(guò)視覺處理器（微處理器）對(duì)多幅圖像進(jìn)行處理與解釋，這樣就能夠獲得景物的符號(hào)描述，并轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)指導(dǎo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。所以針對(duì)本系統(tǒng)，可以利用特定的任務(wù)對(duì)機(jī)器人的行為進(jìn)行約束，這樣就可以發(fā)揮預(yù)期的效果。因此針對(duì)本系統(tǒng)而言，其關(guān)鍵就是要對(duì)優(yōu)先處理機(jī)器人的視覺采集體系，在對(duì)機(jī)器人的前方場(chǎng)景圖像進(jìn)行調(diào)整之后，這樣可以隨時(shí)獲得圖像的匹配信息，可以確定機(jī)器人的圖像匹配特征情況，并通過(guò)控制算法來(lái)完成機(jī)器人的自主導(dǎo)航。

因此在圖像匹配過(guò)程中，機(jī)器人的視覺導(dǎo)航需要以“上一期的圖像”為關(guān)鍵，在確定這個(gè)圖片的信息之后，就可以在另一幅圖像中來(lái)查找其他匹配圖像，若成功找到，則顯示“匹配成功”，機(jī)器人即開始運(yùn)動(dòng)。所以為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文采用SSDA算法，該算法以模板不再匹配點(diǎn)的分布特征，將誤差控制在理想水平內(nèi)。所以機(jī)器人的視覺導(dǎo)航已經(jīng)成為機(jī)器人完成各種運(yùn)動(dòng)行為的關(guān)鍵，必須要按照?qǐng)D像匹配運(yùn)動(dòng)算法的詳細(xì)數(shù)據(jù)，確定運(yùn)動(dòng)的偏差值，通過(guò)約束該偏差值，就可以將機(jī)器人的視野界定在中央范圍內(nèi)，確保機(jī)器人可以隨時(shí)的跟蹤目標(biāo)。這樣通過(guò)確定機(jī)器人的視野變化情況，就可以對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行控制，促使機(jī)器人完成預(yù)期的動(dòng)作。但是此時(shí)需要注意的是，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該注意控制機(jī)器人視覺計(jì)算耗時(shí)引起的系統(tǒng)狀態(tài)反饋延遲，所以為了避免這一問(wèn)題的發(fā)生，需要利用預(yù)測(cè)變化量來(lái)修正機(jī)械人的視覺空間特征，并將修正后的偏差控制在理想水平內(nèi)。

4 結(jié)論

嵌入式系統(tǒng)在機(jī)器人視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)該系統(tǒng)可以最大程度上保證機(jī)器人視覺信息的處理要求，因此值得關(guān)注。

參考文獻(xiàn)：

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