基于新型嵌入式机器视觉系统的制作方法

本实用新型涉及机器视觉测距领域，具体涉及基于新型嵌入式机器视觉系统。

背景技术：

机器视觉系统是智能机器人的一个重要标志，其模拟了人的感知功能，具有探测范围宽、目标信息完整等优势，因此越来越受到人们的关注。其中，机器视觉测量障碍物距高是近年来的研究热点，并取得了一定的效果，但这些视觉测距系统往往比较复杂价格高，或者实时性差。在此设计了以CMOS摄像模块为图像采集设备、DMCU为核心处理器的嵌入式机器视觉系统，并实现了双目视觉实时测距。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：现今的视觉测距系统价格高、实时性差的问题，本实用新型提供了解决上述问题的基于新型嵌入式机器视觉系统。

本实用新型通过下述技术方案实现：

基于新型嵌入式机器视觉系统，包括摄像模块、摄像模块接口、核心处理器、LED显示模块和伺服驱动模块，

所述摄像模块包括左摄像模块和右摄像模块，采用两个摄像模块通过双目测距的方法测量障碍物的距离，

所述摄像模块接口用于连接摄像模块和核心处理器，将摄像模块采集到的图像的处理成RGB格式后传递给核心处理器，

所述核心处理器用于计算的左摄像模块和右摄像模块所测得的图像数据的距离，并在LED显示模块上呈现，同时还控制小车的速度，

所述伺服驱动模块用于小车速度的控制，在接收到核心处理器传递的信息后，通过伺服电机控制小车的速度。

本实用新型设计了基于新型嵌入式机器视觉系统，包括摄像模块、摄像模块接口、核心处理器、LED显示模块和伺服驱动模块，其中摄像模块包括左摄像模块和右摄像模块，本系统实现的是双目视觉测量简单场景中障碍物的距离。首先处理两个CMOS摄像模块获得的前方场景图像，提取图像中特征信息，然后根据特征信息进行图像匹配，计算得出匹配点在两个摄像模块中成像形成的视差，从而确定机器人和障碍物之间的距离。测得的距离经摄像接口模块将测得的数据的传递给核心处理器，所述核心处理器接收到RGB格式的图像数据后，执行双目测距的算法，得到数据后在LED显示模块上显示，同时通过JTAG接口与电脑连接并显示，然后通过PWN输出单元对电压的调整来控制控制伺服驱动模块，进而对小车进行速度的控制。本实用新型设计了一个以摄像模块为图像采集设备、DMCU为核心处理器的嵌入式机器视觉系统，并实现了双目视觉实时测距，通过双目视觉的方法测量障碍物的距离，实现了小车自主行驶和避障，此设计大大降低该系统的复杂度，且该系统集成度高、功耗低、实时性好，还有丰富的外围接口,可以广泛应用于智能机器人导航、目标定位等领域。

进一步地，所述左摄像模块和右摄像模块内均有CMOS图像采集芯片。采用CMOS图像传感器是因为其具有高灵敏度，低噪声的特点，同时卷帘曝光的模式下，噪声小，光谱响应范围宽，具有快速输出的能力。

进一步地，所述LED显示模块为7段数码管。主要在于7段数码管使用简单、价格便宜，可节约成本。

进一步地，所述核心处理器是型号为KBD0001B的MDCU处理器。

进一步地，还包括有PWN输出单元和PC机，所述PWN输出单元是通过对各脉冲的宽度进行调制，改变逆变电路输出的电压大小，控制伺服驱动模块的电压来控制小车的速度，所述PC机通过JTAG接口与核心处理器通信。PWN输出单元对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，改变逆变电路输出电压的大小，同时也改变输出频率，改变电压、电流来控制伺服驱动模块的工作，从而控制小车降速、停车。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型设计了一个以摄像模块为图像采集设备、DMCU为核心处理器的嵌入式机器视觉系统，并实现了双目视觉实时测距，通过双目视觉的方法测量障碍物的距离，实现了小车自主行驶和避障，此设计大大降低该系统的复杂度，且该系统集成度高、功耗低、实时性好，还有丰富的外围接口,可以广泛应用于智能机器人导航、目标定位等领域；

2、本实用新型采用CMOS图像传感器是因为其具有高灵敏度，低噪声的特点，同时卷帘曝光的模式下，噪声小，光谱响应范围宽，具有快速输出的能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的嵌入式机器视觉系统框图。

图2为本实用新型的控制流程图。

图3为本实用新型的匹配矩阵图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-左摄像模块，2-和右摄像模块，3-摄像模块接口，4-核心处理器，5-LED显示模块，6-伺服驱动模块，7-PWN输出单元，8-PC机。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1、图2所示，基于新型嵌入式机器视觉系统，包括摄像模块、摄像模块接口3、核心处理器4、LED显示模块5和伺服驱动模块6，所述摄像模块包括左摄像模块1和右摄像模块2，采用两个摄像模块通过双目测距的方法测量障碍物的距离，所述摄像模块接口3用于连接摄像模块和核心处理器，将摄像模块采集到的图像的处理成RGB格式后传递给核心处理器4，所述核心处理器4用于计算的左摄像模块和右摄像模块所测得的图像数据的距离，并在LED显示模块5上呈现，同时还控制小车的速度，所述伺服驱动模块用于小车速度的控制，在接收到核心处理器4传递的信息后，通过伺服电机控制小车的速度。KBD0001B分别从两个摄像模块中取得左、右视图像数据,执行双目测距算法，得到障碍物距离并显示到LED7段数码管,当障碍物距离小于预设安全距离时，使小车停止运动。使用PWM调制,根据障碍物远近调整小车的速度。双目测距算法大致可以分为三步：a：用“De-riche算子”对图像滤波,提取边缘特征信息；b：获得匹配基元，构成匹配矩阵，依据竞争规则得到最佳匹配点以及匹配点对应的视差；c：根据摄像机透视投影模型，在双摄像模块成平行对准姿态的情况下，计算出障碍物的距离。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述核心处理器4是型号为KBD0001B的MDCU处理器。还包括有PWN输出单元7和PC机8，所述PWN输出单元是通过对各脉冲的宽度进行调制，改变逆变电路输出的电压大小，控制伺服驱动模块的电压来控制小车的速度，所述PC机通过JTAG接口与核心处理器4通信。本系统上执行基于竞争匹配的双目测距算法。该算法首先运用了外极线原理重整图像，处理数据量相对于一般双目测距算法大大减小，仅为2*164个像素点；然后采用De-riche算子提取图像特征信息作为匹配基元，其中图像滤波过程的计算量小于492次MAC运算，图像求导提取特征过程的计算量也小于492次MAC运算；最后根据Marr约束制定了一套竞争规则，候选匹配点构成匹配矩阵，自主竞争产生的胜者即为所要求的最佳匹配点，并得出对应的视差和距离信息。匹配矩阵通常小于10维，以10维为例，候选匹配至多为100个，那么匹配过程中至多进行104比较操作,5*104次加法操作。KBD0001B执行一条指令需一个时钟周期，每个时钟周期约为0.04us,所以本系统测距时间小于10ms,具有非常良好的实时性。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。