基于FPGA的机器人视觉系统设计.pdf

信息·技术信息记录材料2019年1月第20卷第1期基于FPGA的机器人视觉系统设计程钢（长春工业大学人文信息学院吉林长春130012）【摘要】随着人工智能快速发展，机器人已走出银屏，走进了人们的生活。视觉系统作为机器人的眼睛在机器人工作系统中具有重要作用，本文阐述了基于FPGA技术设计的一款通用型机器人视觉系统的基本原理和组成结构，并介绍了各单元模块的工作原理。系统具有结构简单、响应速度快，便于二次开发等优点，可广泛应用于各种图像识别机器人的视觉系统中。【关键词】视觉系统；FPGA；机器人【中图分类号】TP24【文献标识码】A【文章编号】1009-5624（2019）01-0054-02DOI:10.16009/j.cnki.cn13-1295/tq.2019.01.0361
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概述640×480。它能工作在逐行扫描方式下，也能工作在隔行伴随计算机技术、信息技术、人工智能技术的迅速发扫描方式下CMOS图像传感器工作速度快、集成度高，符展，人类进入了前所未有的高智能时代，机器人作为新的合机器人视觉系统对图像采集速度要求较高需求，因此本“物种”出现在人们生活当中，帮助人类解决很多难题。系统采用CMOS图像传感器。机器人的种类很多，不同的功能决定了其组成结构。在所（2）可编程逻辑器件FPGA有机器人当中，视觉识别功能是比较常见的，视觉系统就FPGA采用ALTERA公司CYCLONE系里的EP1c12q240，这像机器人的眼睛一样帮助机器人观察外部环境，所以研究款芯片内部集成了30万个逻辑门。采用高级硬件电路描述机器人的视觉系统具有重要意义。语言VHDL语言进行编程。EP1c12q240具有工作速度快、集本文利用FPGA工作速度快、集成度高、逻辑资源丰成度高、内部逻辑资源丰富的优点，系统所需的时序单元、富等优势，采用CMOS图像采集芯片设计了一款机器人视逻辑运算单元、数据存储单元都可以由FPGA设计产生并集觉系统，该系统可广泛应用在足球机器人，图像识别机器成在系统内部。EP1c12q240端口丰富，可以3.3V供电和人等人工智能中。5V供电两种供电方式，通过VHDL语句调试FPGA，VHDL语2
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基本原理及组成句具有并行语句功能，系统所需的多个时序信号可以利用2.1基本原理VHDL并行语句设计产生，使得各时序避免相互之间干扰，机器视觉系统是用计算机指来实现人的视觉功能，机VHDL语言是硬件电路编程语言，所设计的电路模块具有硬器人视觉系统主要是利用颜色、形状等信息来识别环境目件电路的特性，工作速度可达到ns级，并且相互之间不存标。可采用摄像机作为机器视觉系统的输入装置，它们将在干扰。本系统在FPGA内部设计了两个双口RAM存储器，采集到的影像进行三维影像向二维影像投影。而机器视觉提高系统存储速度，使得机器人采集到的图像信号实时传装置所要完成的是根据二维投影还原成三维影像，这个过输给内部存储单元，减小传输延时和图像失真。程称作重建三维客观世界。因机器人视觉系统内存在多个时序信号和多个逻辑控2.2主要结构制模块，为避免FPGA内部时序和逻辑控制冲突问题，在机器人视觉系统主要由三部分组成：图像采集模块（输FPGA内部设计了一个读写控制器。分别控制图像传感器入模块）、数据分析处理模块、数据输出模块。图像采集和嵌入式高速处理器的读写请求，根据时序信号和控制逻模块用来采集外部图像信息，是机器人的视频输入单元。辑要求，读写控制器先接受图传感器的总线请求，当图像数据分析处理模块首先将输入模块采集到的模拟图像信号存储到RAM之中后，读写控制器才接受嵌入式高速处理器转换成计算机能够计算处理的数字信号，也就是将采集到的读信号请求。的图像信号进行A/D转换，然后将转换后的数字信号输入3
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结论计算机进行运算处理，如去除干扰信号等。最后输出模块本文首先论述了机器人视觉系统在机器人组成中的重根据机器人所要完成的功能提供输出数据给其它单元，操要作用，阐述了机器人视觉系统的工作原理、组成结构，控机器人进行下一步动作。重点阐述了以FPGA为核心器件，配置嵌入式高速处理器本文提出的机器人视觉系统主要由一片FPGA芯片、和CMOS图像采集芯片OV7620组成的机器人视觉系统的工一片图像采集芯片和嵌入式高速微处理器组成。通过FPGA作原理，本系统具有结构简单、响应速度快、成本低等优设计两个RAM，利用VHDL语言并行语句功能设计三个时点，可作为足球机器人、图像识别机器人等人工智能设备序信号，分别是图像采集芯片所需的时序信号、行场同步的视觉输入模块，通过合理优化可以提高其工作性能和应时序信号、RAM存储时序信号。嵌入式高速处理器用于对用范围。图像采集芯片进行配置和完成计算机的串口通信。（1）图像采集芯片【参考文献】采用CMOS图像传感器OV7620，它是OmniV