圖像裁剪技術(shù)在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的應(yīng)用*

何雋

(江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫214405)

圖像裁剪技術(shù)在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的應(yīng)用*

何雋

(江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫214405)

“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”是一套基于Mini6410開(kāi)發(fā)板開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，電力公司用于監(jiān)測(cè)電纜坑道及電纜故障的產(chǎn)品，該產(chǎn)品的實(shí)時(shí)性不僅取決于硬件的性能，還依賴于圖像傳輸?shù)乃俣?為了提高圖像傳輸?shù)乃俣?，將多媒體技術(shù)中的圖像裁剪技術(shù)應(yīng)用于圖像的后期處理中，在不影響圖像質(zhì)量的前提下，減小圖像的存儲(chǔ)空間，從而提高該產(chǎn)品的實(shí)時(shí)性.

Mini6410;WiFi;S3C6410;USB攝像頭;圖像裁剪

目前電力公司在鋪設(shè)地下電纜前在坑道內(nèi)鋪以不少于100mm的軟土或砂層，然后檢查軟土或砂層的表面是否達(dá)到鋪設(shè)電纜的要求，例如檢查是否存在尖角砂石，是否有巨石等等情況.目前這些工作均是人工完成的，由于鋪設(shè)的坑道比較狹小，給檢查工作帶來(lái)了的一定的難度;當(dāng)對(duì)埋在地下的電纜進(jìn)行檢查或者是對(duì)出現(xiàn)破損的電纜進(jìn)行故障排除時(shí)，人進(jìn)入狹小的電纜坑道檢查電纜是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的.

為了解決以上問(wèn)題，用于電力電纜故障檢測(cè)的機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，該機(jī)器人能夠代替人在電纜坑道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，快速地將電纜坑道內(nèi)的環(huán)境，如電纜表面的情形，以及坑道內(nèi)砂石的鋪放情形，拍攝成圖像，并通過(guò)無(wú)線WiFi［1］傳送給地面上的操作人員;操作人員可以通過(guò)機(jī)器人傳送回來(lái)的圖像，判斷坑道是否滿足鋪設(shè)電纜的條件或者定位破損電纜出現(xiàn)在何處.

“電力電纜故障檢測(cè)的機(jī)器人”要實(shí)時(shí)將圖像傳送給操作人員，讓操作人員第一時(shí)間得到地下坑道內(nèi)的情況，根據(jù)機(jī)器人回傳的圖像做出及時(shí)的處理.實(shí)時(shí)性是該產(chǎn)品的一個(gè)重要性能指標(biāo)，提高該產(chǎn)品的實(shí)時(shí)性，不僅依賴于硬件的性能，還決定于圖像的大小，在保證圖像質(zhì)量的情況下，如何減小圖像的存儲(chǔ)空間成為研究的重點(diǎn).

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電力電纜故障檢測(cè)的機(jī)器人由兩部分構(gòu)成，一部分是用于深入電纜坑道內(nèi)進(jìn)行圖像拍攝的“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”;一部分是用于遙控指揮機(jī)器人的控制臺(tái).控制臺(tái)的主要功能是與“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”通信，向其發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令和接收?qǐng)D像并顯示.“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”應(yīng)具備的功能是:

①能夠在電纜坑道內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng).

②采集清晰的視頻圖像.

③與控制臺(tái)進(jìn)行通信，接收控制臺(tái)的指令.

④實(shí)時(shí)上傳視頻圖像.為了完成以上的功能，硬件的設(shè)計(jì)要解決的技術(shù)要點(diǎn)是:通信方式的選擇;運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì);圖像拍攝設(shè)備的選擇.如圖1所示，采用3個(gè)輪子的輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括1個(gè)支撐輪和2個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪［2］.運(yùn)動(dòng)裝置采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng).核心控制機(jī)構(gòu)選用友善之臂的Mini6410開(kāi)發(fā)板，鑒于以下兩點(diǎn)考慮，既支持WiFi通信又支持USB攝像頭.操作系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng).

圖1 機(jī)器人與控制臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)圖

Mini6410以ARM11芯片(三星S3C6410)作為主處理器的嵌入式核心板，帶有2路SDIO接口，其中SDIO0通常被用作普通SD卡使用;另一路SDIO接口通過(guò)CON11針座引出，該接口中還包含了1路SPI，2個(gè)GPIO，SD WiFi Module.為了達(dá)到良好的人機(jī)交互效果，本文選取一塊4.3寸、具有觸摸功能的LCD顯示屏，監(jiān)控人員不僅可以通過(guò)LCD屏查看當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，而且還可以向其發(fā)送控制指令;由于Mini6410開(kāi)發(fā)板集成攝像頭模塊，支持CMOS攝像頭和USB攝像頭［3］，本文選取USB攝像頭作為圖像捕獲的設(shè)備.

2 圖像處理

“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”的攝像頭選擇的是中微星攝像頭(USB接口)，在Mini6410內(nèi)核裁剪過(guò)程中，通過(guò)配置Multimedia device下的Video for Linux，讓內(nèi)核支持 USB接口和 OV511芯片，對(duì)OV511芯片的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行修改，既對(duì)kernel/driver/usb目錄下的OV511.c這個(gè)文件進(jìn)行修改，用于設(shè)置攝像頭拍攝圖片的大小和拍攝圖像的格式［4］.根據(jù)本系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，將圖片大小設(shè)置為320× 240，圖片格式設(shè)為JPEG格式.

圖2 圖像剪裁區(qū)域圖

為了實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)傳送，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，必須在圖像傳輸之前對(duì)傳輸?shù)膱D像進(jìn)行處理，如剪裁圖像，去除無(wú)用的部分.由于本系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境是電纜坑道內(nèi)，攝像頭拍攝到的圖像有用的部分是電纜部分，而坑道周邊環(huán)境部分的圖像是無(wú)用的.如圖2所示，斜線標(biāo)示的是無(wú)用的部分.經(jīng)過(guò)對(duì)大量拍攝圖片的分析和實(shí)驗(yàn)，裁剪標(biāo)準(zhǔn)為:高和寬均截取為原長(zhǎng)度的2的指數(shù)倍.

控制臺(tái)圖形界面采用的是編程Qtopia/Qt4，對(duì)圖像的處理流程如圖3所示.攝像頭捕獲的圖像是320×240的JPEG格式的圖像.對(duì)這幅320×240的JPEG的圖像進(jìn)行裁剪，得到新的圖像new Image，裁剪的原則是截取原長(zhǎng)、寬的2的指數(shù)倍［5］，裁剪后的圖像為256×128的圖像.

圖3 圖像處理流程圖

由于一個(gè)JPEG文件中，不僅包含圖像的壓縮數(shù)據(jù)，還有文件的大小、色彩等信息，JPEG文件以數(shù)據(jù)段為單位來(lái)組織所有的文件內(nèi)容.一個(gè)段的長(zhǎng)度不大于65535，每個(gè)段是由段標(biāo)識(shí)符、段長(zhǎng)度和段內(nèi)容組成的.JPEG文件格式使用MtorOla格式，對(duì)一個(gè)字的存儲(chǔ)而言，低字節(jié)存放的是高位數(shù)，高字節(jié)存放的是低位數(shù)，即高字節(jié)在前，低字節(jié)在后.段標(biāo)識(shí)符又叫標(biāo)記碼，標(biāo)記碼由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成，前一個(gè)字節(jié)是固定值OxFF，而第二個(gè)字節(jié)是非0字節(jié)和OxFF.每個(gè)標(biāo)記之前還可以添加任意數(shù)目的OxFF填充字節(jié)［6］.

QImage圖像的數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位保存的，每一行的字節(jié)數(shù)必須是4的整數(shù)倍，不足的補(bǔ)0.W是圖像的寬度，bitcount是圖像的位深，即32、24等，計(jì)算得到的W是程序中圖像每行的字節(jié)數(shù).圖像格式包括 QImage::Format_RGB32，QImage::Format_ RGB888，QImage::Format_Indexed8.以行為單位，進(jìn)行行拷貝，將image圖像相應(yīng)的部分依次拷貝到ne－

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

攝像頭拍攝的原圖像，發(fā)送給客戶端，在Mini6410開(kāi)發(fā)板上LCD觸摸屏上的顯示效果如圖4所示，圖片的大小為320×240，空間大小為12KB.

圖4 裁剪前的圖

經(jīng)過(guò)以上方法，對(duì)圖像進(jìn)行剪裁，圖像大小變?yōu)?56×128，空間大小變?yōu)?KB，顯示效果如圖5所示，雖然對(duì)圖像進(jìn)行了剪裁，但是并不影響“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”檢測(cè)的效率，因?yàn)閳D像中去掉的部分不包含有用的信息，是電纜的周邊環(huán)境信息.每幅圖像的空間大小減小4KB，大大提高了圖片發(fā)送的速度，提升了“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”的實(shí)時(shí)性，從而提高了該產(chǎn)品的性能可靠性.

圖5 裁剪后的圖

4 結(jié)束語(yǔ)

可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性良好的“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”是電力企業(yè)的真正需要，由于嵌入式系統(tǒng)體積小、系統(tǒng)資源有限等特點(diǎn)，要盡量減小不必要的開(kāi)銷.“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”是嵌入式系統(tǒng)在機(jī)器視覺(jué)方面的一個(gè)應(yīng)用，在控制臺(tái)與機(jī)器人之間要大量地傳送圖像，因此減小圖像傳輸開(kāi)銷，成為提高產(chǎn)品實(shí)時(shí)性、可靠穩(wěn)定性的一個(gè)重點(diǎn).實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行裁剪，大大減小了圖像的空間大小，變?yōu)樵瓐D像的66.7%，大大提高了“電力電纜故障檢測(cè)機(jī)器人”的性能.

［1］龔若皓.基于嵌入式移動(dòng)GPU的圖像編解碼并行優(yōu)化［D］.成都:西南交通大學(xué)，2015.

［2］譚苗苗.面向環(huán)境檢測(cè)的小型輪式機(jī)器人循跡控制研究［J］.機(jī)械工程師，2016(2).

［3］Tiny6410硬件手冊(cè)－20110805［R］.

［4］張歡慶.基于ARM處理器的嵌入式Linux系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.濟(jì)南:山東師范大學(xué)，2013.

［5］李飛.基于移動(dòng)終端的圖像文字識(shí)別系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn)［D］.長(zhǎng)春:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2015.

［6］劉小軍.基于WiFi無(wú)線視頻傳輸技術(shù)的研究［J］.電子技術(shù)，2012(10).

(責(zé)任編輯:王前)

TP39

A

1008－7974(2016)06－0004－03

10.13877/j.cnki.cn22－1284.2016.12.002

2016－07－04

江蘇省現(xiàn)代服務(wù)業(yè)信息融合軟件工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心項(xiàng)目“圖像識(shí)別技術(shù)在智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”(SR－2013－01)

何雋，女，江蘇江陰人，講師.