圖像裁剪技術在機器視覺系統中的應用*

何雋

(江陰職業技術學院，江蘇無錫214405)

圖像裁剪技術在機器視覺系統中的應用*

何雋

(江陰職業技術學院，江蘇無錫214405)

“電力電纜故障檢測機器人”是一套基于Mini6410開發板開發設計的，電力公司用于監測電纜坑道及電纜故障的產品，該產品的實時性不僅取決于硬件的性能，還依賴于圖像傳輸的速度.為了提高圖像傳輸的速度，將多媒體技術中的圖像裁剪技術應用于圖像的后期處理中，在不影響圖像質量的前提下，減小圖像的存儲空間，從而提高該產品的實時性.

Mini6410;WiFi;S3C6410;USB攝像頭;圖像裁剪

目前電力公司在鋪設地下電纜前在坑道內鋪以不少于100mm的軟土或砂層，然后檢查軟土或砂層的表面是否達到鋪設電纜的要求，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，由于鋪設的坑道比較狹小，給檢查工作帶來了的一定的難度;當對埋在地下的電纜進行檢查或者是對出現破損的電纜進行故障排除時，人進入狹小的電纜坑道檢查電纜是無法實現的.

為了解決以上問題，用于電力電纜故障檢測的機器人應運而生，該機器人能夠代替人在電纜坑道內運動，快速地將電纜坑道內的環境，如電纜表面的情形，以及坑道內砂石的鋪放情形，拍攝成圖像，并通過無線WiFi［1］傳送給地面上的操作人員;操作人員可以通過機器人傳送回來的圖像，判斷坑道是否滿足鋪設電纜的條件或者定位破損電纜出現在何處.

“電力電纜故障檢測的機器人”要實時將圖像傳送給操作人員，讓操作人員第一時間得到地下坑道內的情況，根據機器人回傳的圖像做出及時的處理.實時性是該產品的一個重要性能指標，提高該產品的實時性，不僅依賴于硬件的性能，還決定于圖像的大小，在保證圖像質量的情況下，如何減小圖像的存儲空間成為研究的重點.

1 系統硬件設計

電力電纜故障檢測的機器人由兩部分構成，一部分是用于深入電纜坑道內進行圖像拍攝的“電力電纜故障檢測機器人”;一部分是用于遙控指揮機器人的控制臺.控制臺的主要功能是與“電力電纜故障檢測機器人”通信，向其發送運動指令和接收圖像并顯示.“電力電纜故障檢測機器人”應具備的功能是:

①能夠在電纜坑道內進行運動.

②采集清晰的視頻圖像.

③與控制臺進行通信，接收控制臺的指令.

④實時上傳視頻圖像.為了完成以上的功能，硬件的設計要解決的技術要點是:通信方式的選擇;運動機構的設計;圖像拍攝設備的選擇.如圖1所示，采用3個輪子的輪式運動機構，包括1個支撐輪和2個動力驅動輪［2］.運動裝置采用步進電機驅動.核心控制機構選用友善之臂的Mini6410開發板，鑒于以下兩點考慮，既支持WiFi通信又支持USB攝像頭.操作系統采用Linux操作系統.

圖1 機器人與控制臺硬件結構圖

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CON11針座引出，該接口中還包含了1路SPI，2個GPIO，SD WiFi Module.為了達到良好的人機交互效果，本文選取一塊4.3寸、具有觸摸功能的LCD顯示屏，監控人員不僅可以通過LCD屏查看當前系統的運行狀態，而且還可以向其發送控制指令;由于Mini6410開發板集成攝像頭模塊，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備.

2 圖像處理

“電力電纜故障檢測機器人”的攝像頭選擇的是中微星攝像頭(USB接口)，在Mini6410內核裁剪過程中，通過配置Multimedia device下的Video for Linux，讓內核支持 USB接口和 OV511芯片，對OV511芯片的驅動程序進行修改，既對kernel/driver/usb目錄下的OV511.c這個文件進行修改，用于設置攝像頭拍攝圖片的大小和拍攝圖像的格式［4］.根據本系統的應用環境，將圖片大小設置為320× 240，圖片格式設為JPEG格式.

圖2 圖像剪裁區域圖

為了實現圖像的實時傳送，提高網絡傳輸速度，必須在圖像傳輸之前對傳輸的圖像進行處理，如剪裁圖像，去除無用的部分.由于本系統的應用環境是電纜坑道內，攝像頭拍攝到的圖像有用的部分是電纜部分，而坑道周邊環境部分的圖像是無用的.如圖2所示，斜線標示的是無用的部分.經過對大量拍攝圖片的分析和實驗，裁剪標準為:高和寬均截取為原長度的2的指數倍.

控制臺圖形界面采用的是編程Qtopia/Qt4，對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.對這幅320×240的JPEG的圖像進行裁剪，得到新的圖像new Image，裁剪的原則是截取原長、寬的2的指數倍［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JPEG文件中，不僅包含圖像的壓縮數據，還有文件的大小、色彩等信息，JPEG文件以數據段為單位來組織所有的文件內容.一個段的長度不大于65535，每個段是由段標識符、段長度和段內容組成的.JPEG文件格式使用MtorOla格式，對一個字的存儲而言，低字節存放的是高位數，高字節存放的是低位數，即高字節在前，低字節在后.段標識符又叫標記碼，標記碼由兩個字節構成，前一個字節是固定值OxFF，而第二個字節是非0字節和OxFF.每個標記之前還可以添加任意數目的OxFF填充字節［6］.

QImage圖像的數據是以字節為單位保存的，每一行的字節數必須是4的整數倍，不足的補0.W是圖像的寬度，bitcount是圖像的位深，即32、24等，計算得到的W是程序中圖像每行的字節數.圖像格式包括 QImage::Format_RGB32，QImage::Format_ RGB888，QImage::Format_Indexed8.以行為單位，進行行拷貝，將image圖像相應的部分依次拷貝到ne－

3 實驗結果

攝像頭拍攝的原圖像，發送給客戶端，在Mini6410開發板上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

經過以上方法，對圖像進行剪裁，圖像大小變為256×128，空間大小變為8KB，顯示效果如圖5所示，雖然對圖像進行了剪裁，但是并不影響“電力電纜故障檢測機器人”檢測的效率，因為圖像中去掉的部分不包含有用的信息，是電纜的周邊環境信息.每幅圖像的空間大小減小4KB，大大提高了圖片發送的速度，提升了“電力電纜故障檢測機器人”的實時性，從而提高了該產品的性能可靠性.

圖5 裁剪后的圖

4 結束語

可靠性、穩定性、實時性良好的“電力電纜故障檢測機器人”是電力企業的真正需要，由于嵌入式系統體積小、系統資源有限等特點，要盡量減小不必要的開銷.“電力電纜故障檢測機器人”是嵌入式系統在機器視覺方面的一個應用，在控制臺與機器人之間要大量地傳送圖像，因此減小圖像傳輸開銷，成為提高產品實時性、可靠穩定性的一個重點.實驗驗證，經過對圖像進行裁剪，大大減小了圖像的空間大小，變為原圖像的66.7%，大大提高了“電力電纜故障檢測機器人”的性能.

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

［2］譚苗苗.面向環境檢測的小型輪式機器人循跡控制研究［J］.機械工程師，2016(2).

［3］Tiny6410硬件手冊－20110805［R］.

［4］張歡慶.基于ARM處理器的嵌入式Linux系統關鍵技術研究［D］.濟南:山東師范大學，2013.

［5］李飛.基于移動終端的圖像文字識別系統的研究及實現［D］.長春:長春工業大學，2015.

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

(責任編輯:王前)

TP39

A

1008－7974(2016)06－0004－03

10.13877/j.cnki.cn22－1284.2016.12.002

2016－07－04

江蘇省現代服務業信息融合軟件工程技術研究開發中心項目“圖像識別技術在智能監控系統中的應用研究”(SR－2013－01)

何雋，女，江蘇江陰人，講師.