人工机器视觉实验开发系统

原名：FPGA行动系统控制系统    

序号：ZL-JO8100

1.概述

目前市场上影像实时量测系统，基本配备为PC与PCI影像处理卡，并搭配模拟影像镜头与系统软件，基本成本约10万，如再加上应用软件，使用者需花费15至20万，才能达到实时量测实时控制，因而无法普及或大量使用。而视觉用影像模块已经广泛使用，外型体积也非常短小，并且价格非常低廉，但由于偏向视觉传输，支持软件无法与控制系统结合。

本次影像实时量测控制实验室，规划方向就是采用视觉用CMOS影像芯片（640*480 彩色），搭配手调式焦距镜头，因影像量测必须快速取出影像、分析Histogram、二元化处理、两维滤波处理、角度和尺寸检测处理后，产生坐标值控制马达运动，不是一般DSP或ARM芯片可完成，因此采用一百万逻辑闸FPGA。该FPGA 采用100万可程序逻辑闸（组件具备16*16=32的硬件乘法器共24组，可执行灰阶计算的处理，内部的双阜内存共48K-byte，可做影像处理的缓冲区使用），采用VHDL语言设计与撰写影像处理相关程序，一则影像处理执行速度相对于一般DSP或ARM更快，二则可制作成视觉专用芯片，视觉处理速度高达每秒30次，同时控制24组伺服舵机，非常适合于机器人视觉跟踪发展系统。

           FPGA视觉控制模块影像处理控制流程如下：

2.产品特点

1. 采用双核心控制，FPGA做视觉处理，MSP430执行机器人跟踪控制。

2. 提供完整机器人视觉跟踪控制实验项目。

3. 提供完整机器人视觉跟踪控制实验操作手册。

4. 提供VHDL开发环境与USB下载驱动程序。

5. 提供MSP430微控器 C与汇编语言编辑、翻译与USB下载驱动程序。

6. 提供 ZigBee 无线网络通讯实时监控与设定。

7. 影像侦测处理点状目标与线状目标侦测，同时控制24组伺服舵机位置控制，可每秒完成30次。

8. 点状目标侦测提供目标物X与Y坐标值、长与宽值、大小与密度值。

9. 控制板体积小，速度快，能装于机器人上。

10. 可以实现目标的动态追踪。在类人足球比赛中，能准确追踪足球。

3.产品简介

FPGA 视觉追踪控制模块

1、 采用 Xilinx 100 万容量 FPGA 可程序逻辑闸 （该组件具备16*16=32的硬件乘法器共24组，可执行灰阶计算的处理，内部的双阜内存共48K-byte，可做视觉处理的缓冲区使用）。

2、 TI- MSP430 省电型 16 bits 微控器。

3、 与 PC 联机采用 USB 2.0 传输，可任意设定控制参数作实时控制。

4、 128K RAM 内存。

5、 512K Flash ROM 程序与 FPGA 电路烧录储存区。

6、 26PIN 输出接口，提供 CMOS 控制接口。

7、 CMOS 数字视觉芯片模块（640*480 像素 、16Bits RGB 彩色输出），并含可调整焦距镜头。

8、 24 组伺服舵机控制接口（26Pin 输出接口）。

9、 提供ZigBee无线网络通讯接口。

10、 提供光纤输出与光纤输入通讯联机接口。

11、 由 7.4V 锂电池供应。

12、 本体尺寸为：65㎜（长）＊ 95㎜（宽）。

伺服舵机连接模块

1、 提供24排3pin伺服舵机电源与控制信号插接口。

2、 26Pin 输入接口与FPGA视觉控制模块相连接。

3、 伺服舵机控制信号提升电路。

ZigBee 无线网络通讯模块

1、 采用CC2420 通讯芯片

2、 RF讯框架构是符合IEEE 802.15.4的规格

3、 无线网络可由主节点与30个的辅节点联机

4、 有效传输范围50 米（空旷地区）

4.实验内容

实验一：伺服舵机位置控制实验：可选择各组伺服机控制与位置设定控制。

实验二：选择镜头及目标色彩：练习镜头设定与焦距调整，镜面翻转设定、亮度参数设定、设定点、线目标后观测与监控。

实验三：色彩滤波及参数调整：练习设定点、线目标后色彩选择后的灰阶影像，两维滤波后的灰阶影像，二元化之后的黑白影像(以th1为参数)，厚度侦测后的灰阶影像，黑白影像(以th2为参数)，线型侦测后的黑白影像观测与监控。

实验四：点状目标的视觉侦测实验：原始视觉观测，色彩分类观测，.二元视觉观测，视觉侦测显示，侦测纪录显示，并控制机器人颈部跟踪与手臂挥手控制。

实验五：线状目标的视觉侦测实验：原始视觉观测，色彩分类观测，.二元视觉观测，视觉侦测显示，侦测纪录显示。

实验六：机器人直线行走控制：练习机器人直线行走控制

实验七：机器人头部眼睛追球控制：当目标设定后，机器人头与颈部，每秒可完成30次目标实时跟踪控制。

实验八：机器人直线跟踪踢球控制：当目标设定正前方位置后，机器人直线向前行走，并实时修正与目标物成一直线行走，直到找到可踢球位置，执行机器人踢球控制。

实验九：机器人寻球跟踪踢球控制：当目标设定任一方位置后，机器人先找到目标位置后，直线向前行走，并实时修正与目标物成一直线行走，直到找到可踢球位置，执行机器人踢球控制。

5.实验设备