面向网络遥操作的实时图像预处理系统的研究

论文摘要

本论文以山东科技大学机器人研究中心承担的国家863课题项目“配电带电作业机器人”为背景,通过分析机器人视觉伺服控制技术在网络遥操作机器人中的应用,又结合了国内外带电作业机器人的发展情况,运用嵌入式系统技术、FGPA的图像处理技术及网络通信技术等,研究和开发了面向网络遥操作的实时图像预处理系统。论文首先根据带电作业机器人的实际工作情况,选择了摄像机在机械手末端的单目视觉的方案,又结合网络遥操作机器人的特点,提出了图像网络传输的性能要求,并根据该要求确定了先对图像进行预处理再进行网络传输的方案,通过比较DSP、ASIC和FPGA的优缺点,又考虑到本文中图像处理的实际情况,选择了具有并行处理能力的FPGA进行实时图像预处理。通过比较分析,选择了嵌入式微处理器+实时操作系统（RTOS）的方案来构建远程服务器,并对嵌入式服务器和实时图像预处理部分的硬件电路进行了详细的设计。在FPGA内部设计了视频图像采集和预处理的各个模块,能够实现图像的快速采集、滤波和阈值分割。本文对嵌入式操作系统VxWorks的多任务环境作了深入研究,设计了服务器端的软件。对基于TCP的Socket网络通信进行了研究,在VC++6.0环境下开发了控制端应用程序。最后,通过实验测试了整个系统的性能,达到了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 遥操作技术概述
• 1.2 高压带电作业机器人发展概述
• 1.3 实时图像处理技术概述
• 1.4 课题背景与意义
• 1.5 论文主要内容
• 2 系统总体方案
• 2.1 带电作业机器人视觉方案
• 2.2 系统总体结构
• 2.3 视频信号
• 2.4 视频图像网络传输方案分析
• 2.5 图像预处理方案的选择
• 2.6 远端服务器构建方案
• 2.7 本章小结
• 3 远端服务器硬件构建
• 3.1 系统硬件整体构成
• 3.2 ARM主控单元
• 3.3 视频信号数字化单元
• 3.4 视频采集处理单元
• 3.5 本章小结
• 4 FPGA视频图像采集的实现
• 4.1 FPGA系统功能框图
• 4.2 视频采集模块
• 4.3 图像帧存控制模块
• 4.4 图像滤波处理模块
• 4.5 图像分割模块
• 4.6 本章小结
• 5 远程服务器和控制端软件开发
• 5.1 VxWorks的多任务程序开发
• 5.2 控制端程序开发
• 5.3 本章小结
• 6 目标检测
• 6.1 二值图像的数学形态学处理
• 6.2 目标形状分析
• 6.3 试验
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文
• 参考文献