關(guān)于嵌入式系統(tǒng)在機器人視覺中的應用分析

劉姣龍

摘 要：以嵌入式系統(tǒng)為研究對象，詳細研究了該系統(tǒng)在機器人視覺中應用的相關(guān)問題，并對其應用思路與策略等進行了詳細的研究。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);機器人視覺;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)計中，機器人系統(tǒng)主要采用數(shù)控技術(shù)，但是發(fā)展速度緩慢。而針對這種問題，嵌入式系統(tǒng)的高度發(fā)展以及智能技術(shù)的發(fā)展，讓機器人技術(shù)得到了進一步的完善。其中在機器人視覺系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)也具有廣闊的應用價值，值得關(guān)注。

1 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計思路

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

（1）系統(tǒng)運行環(huán)境的初始化。在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，標識已經(jīng)成為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵點，所以需要設(shè)置異常中斷的向量表，并完成初始化儲存。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);針對初始化數(shù)據(jù)異常中斷，通過RAM變量，若有具體的使用需求，可以由處理器足處理各種運行需求。

（2）應用程序的初始化。機器人視覺系統(tǒng)的設(shè)計需要以不同的應用程序為切入點，并根據(jù)程序設(shè)計的要求，對其系統(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)功能可以達到預期。其設(shè)計思路為：1）將初始化的機器人視覺系統(tǒng)搬運到“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)可以被隨時保存在ROM中，并且在系統(tǒng)運行中，這些數(shù)據(jù)可能被改寫[1]。所以初始化設(shè)計的關(guān)鍵，就是要完成對RW屬性數(shù)據(jù)的處理，并將其寫在儲存區(qū)。2）在運行映像文件時，可以將系統(tǒng)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)寫在儲存區(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)運行階段，嵌入式系統(tǒng)負責整個系統(tǒng)體系的軟件與硬件資源，并負責其中關(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，或者針對不同的運行要求，選擇卸載某些模塊來滿足自身的運行要求。同時嵌入式操作系統(tǒng)還具有實時性操作強的優(yōu)點，所以在系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)階段，需要以當前的系統(tǒng)功能為切入點來處理各種突發(fā)事件;系統(tǒng)設(shè)計中所選擇的編碼體系小，所以在應用中可以滿足打大部分嵌入式系統(tǒng)的運用要求，并在有限的系統(tǒng)空間完成儲存、運行，具有理想的可靠性。

在這種系統(tǒng)環(huán)境下，通過嵌入式系統(tǒng)的移植設(shè)計，可以將系統(tǒng)功能實現(xiàn)在其他微處理器平臺上的運行要求。所以為了實現(xiàn)這一目標，本文選擇在S3C44BOX微處理器上完成系統(tǒng)功能移植，并構(gòu)建一個相對應的軟件開發(fā)環(huán)境。該系統(tǒng)具有實時處理數(shù)據(jù)能力強、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，并且適用于不同新處理器的運行要求，所以可以在機器人視覺系統(tǒng)中得到應用。

3 基于嵌入式系統(tǒng)的機器人視覺系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 微處理器的選型

在機器人視覺系統(tǒng)的實現(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的微處理器的運行能力，根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況來看，常見的ARM芯片系統(tǒng)的主時針為20MHZ-133MHz，并而AMR9微處理器的最大運行頻率為1.1MIPS/MHz。所以根據(jù)這一功率的要求，在視覺系統(tǒng)的實現(xiàn)中，必須要根據(jù)不同微處理器的選型情況進行調(diào)整[2]。雖然從理論上來看，微處理器的工作頻率較高，但是會增加整個系統(tǒng)的運行成本。所以針對這種情況，需要選擇適當?shù)南到y(tǒng)工具來選擇頻率，確保其經(jīng)濟效益可以得到最大程度的發(fā)揮。

3.3 視覺系統(tǒng)的匹配

本文將機器人視覺系統(tǒng)的定義為一個過程：在通過攝像頭等視覺傳感器獲得三維景物的圖像之后，可以通過視覺處理器（微處理器）對多幅圖像進行處理與解釋，這樣就能夠獲得景物的符號描述，并轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的數(shù)據(jù)信號，用來指導機器人的運動。所以針對本系統(tǒng)，可以利用特定的任務對機器人的行為進行約束，這樣就可以發(fā)揮預期的效果。因此針對本系統(tǒng)而言，其關(guān)鍵就是要對優(yōu)先處理機器人的視覺采集體系，在對機器人的前方場景圖像進行調(diào)整之后，這樣可以隨時獲得圖像的匹配信息，可以確定機器人的圖像匹配特征情況，并通過控制算法來完成機器人的自主導航。

因此在圖像匹配過程中，機器人的視覺導航需要以“上一期的圖像”為關(guān)鍵，在確定這個圖片的信息之后，就可以在另一幅圖像中來查找其他匹配圖像，若成功找到，則顯示“匹配成功”，機器人即開始運動。所以為了實現(xiàn)這一目標，本文采用SSDA算法，該算法以模板不再匹配點的分布特征，將誤差控制在理想水平內(nèi)。所以機器人的視覺導航已經(jīng)成為機器人完成各種運動行為的關(guān)鍵，必須要按照圖像匹配運動算法的詳細數(shù)據(jù)，確定運動的偏差值，通過約束該偏差值，就可以將機器人的視野界定在中央范圍內(nèi)，確保機器人可以隨時的跟蹤目標。這樣通過確定機器人的視野變化情況，就可以對機器人的運動行為進行控制，促使機器人完成預期的動作。但是此時需要注意的是，通過嵌入式系統(tǒng)應該注意控制機器人視覺計算耗時引起的系統(tǒng)狀態(tài)反饋延遲，所以為了避免這一問題的發(fā)生，需要利用預測變化量來修正機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)在機器人視覺系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)揮著重要作用，通過該系統(tǒng)可以最大程度上保證機器人視覺信息的處理要求，因此值得關(guān)注。

參考文獻：

[1]周俊，姬長英.基于視覺導航的輪式移動機器人橫向最優(yōu)控制[J].機器人，2018（05）：209-213.

[2]秦暄，章毓晉.一種基于曲線擬合預測的紅外目標的跟蹤算法[J].紅外技術(shù)，2018，25（04）：23-35.