關于嵌入式系統在機器人視覺中的應用分析

劉姣龍

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

關鍵詞：嵌入式系統;機器人視覺;操作系統

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

0 前言

現在研究發現，機器人與嵌入式系統之間是緊密聯系在一起的，在最初的技術設計中，機器人系統主要采用數控技術，但是發展速度緩慢。而針對這種問題，嵌入式系統的高度發展以及智能技術的發展，讓機器人技術得到了進一步的完善。其中在機器人視覺系統中，嵌入式系統也具有廣闊的應用價值，值得關注。

1 嵌入式系統的設計思路

在機器人視覺系統中，嵌入式系統可以發揮自身的儲存映射功能，其具體的設計思路包括：

（1）系統運行環境的初始化。在嵌入式系統的設計中，標識已經成為整個系統的關鍵點，所以需要設置異常中斷的向量表，并完成初始化儲存。在這種情況下，初始化模式下的數據棧中具有一些關鍵的I/O結構;針對初始化數據異常中斷，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。機器人視覺系統的設計需要以不同的應用程序為切入點，并根據程序設計的要求，對其系統的功能等作出調整，這樣才能最大程度上保證其系統功能可以達到預期。其設計思路為：1）將初始化的機器人視覺系統搬運到“可寫”的數據區，這樣在嵌入式系統中，各種映像數據可以被隨時保存在ROM中，并且在系統運行中，這些數據可能被改寫[1]。所以初始化設計的關鍵，就是要完成對RW屬性數據的處理，并將其寫在儲存區。2）在運行映像文件時，可以將系統中的關鍵數據寫在儲存區，并構建具有ZI屬性的數據區。

2 嵌入式操作系統的移植

與傳統的系統相比，嵌入式操作系統存在著明顯區別，在系統運行階段，嵌入式系統負責整個系統體系的軟件與硬件資源，并負責其中關鍵數據的調度與調整，這樣才能在最大程度上體現系統所具有的特征，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還具有實時性操作強的優點，所以在系統的設計與實現階段，需要以當前的系統功能為切入點來處理各種突發事件;系統設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的運用要求，并在有限的系統空間完成儲存、運行，具有理想的可靠性。

在這種系統環境下，通過嵌入式系統的移植設計，可以將系統功能實現在其他微處理器平臺上的運行要求。所以為了實現這一目標，本文選擇在S3C44BOX微處理器上完成系統功能移植，并構建一個相對應的軟件開發環境。該系統具有實時處理數據能力強、結構優化等，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中得到應用。

3 基于嵌入式系統的機器人視覺系統實現

3.1 微處理器的選型

在機器人視覺系統的實現中，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核結構，因此可以適用于不同領域的使用要求，但是考慮到嵌入式操作系統移植的要求，可以在ARM微處理器的基礎上，選擇uc/os為內核，該內核不需要MMU支持，并提供更加全面的功能支持。

3.2 系統工作頻率的選擇

系統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，根據現有相關技術的發展情況來看，常見的ARM芯片系統的主時針為20MHZ-133MHz，并而AMR9微處理器的最大運行頻率為1.1MIPS/MHz。所以根據這一功率的要求，在視覺系統的實現中，必須要根據不同微處理器的選型情況進行調整[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的運行成本。所以針對這種情況，需要選擇適當的系統工具來選擇頻率，確保其經濟效益可以得到最大程度的發揮。

3.3 視覺系統的匹配

本文將機器人視覺系統的定義為一個過程：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，并轉變為具體的數據信號，用來指導機器人的運動。所以針對本系統，可以利用特定的任務對機器人的行為進行約束，這樣就可以發揮預期的效果。因此針對本系統而言，其關鍵就是要對優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。所以機器人的視覺導航已經成為機器人完成各種運動行為的關鍵，必須要按照圖像匹配運動算法的詳細數據，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，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，通過嵌入式系統應該注意控制機器人視覺計算耗時引起的系統狀態反饋延遲，所以為了避免這一問題的發生，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。

4 結論

嵌入式系統在機器人視覺系統設計中發揮著重要作用，通過該系統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，2018，25（04）：23-35.