基于avr单片机的嵌入式视觉系统

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1、摘要机器人足球比赛是近年来在国际上迅速开展起来的高技术对抗活动，是体育与高科技结合的产物。视觉系统是机器人系统比赛成败的最关键因素之一。目前全自主中型组机器人的视觉传感主要是由全景视觉子系统组成。由于全景视觉子系统的二段式等比例反射镜设计的缺陷，有可能无法得到近距离图像（60cm之内）,造成了机器人近区域的视觉盲区。为了克服这样的缺点，本论文以AVR单片机核心CPU器件，采用OmniVision公司生产的OV6620CMOS图像传感器，研制一种基于单片机的足球机器人近距离视觉传感装置。本文对该装置的软硬件设计作了详细的描述和分析。实验证明

2、该装置结构简单，体积小，能够对特定颜色进行识别，实时性好，运行稳定，基本克服机器人在盲区内对目标红球信息的掉失现象。本文的主要工作如下：（1）首先介绍了足球机器人视觉系统、单片机与嵌入式系统和嵌入式视觉系统的发展概况及研究现状；其次简单介绍了全自主机器人足球比赛系统，重点介绍了它的视觉子系统和缺陷及解决方案。（2）分析基于单片机视觉装置所要求的功能，制定总体设计方案，并详细阐述了视觉装置的各部分的设计过程，重点介绍处理器单元，CMOS图像传感器单元，与及它们的接口单元。（3）介绍了嵌入式视觉系统的软件开发环境以及软件设计流程。根据视觉装置

3、的功能要求进行软件设计，详细阐述了视觉装置各部分的软件设计，分别给出了各部分的流程图。（4）首先给出了满足设计要求的装置实物图，并详细介绍了装置两种模式下的实验过程，并对实验结果进行了分析。其次提出了实验当中出现的问题和相应的解决方法。论文最后进行总结，说明研究的创新点与研究成果，也对课题研究不足和改进之处提出了展望。关键词：足球机器人；AVR单片机；0V6620；嵌入式视觉系统；目录摘要1第一章绪论41.1课题研究背景及意义41.2国内外的研究现状51.2.1足球机器人视觉系统的发展现状51.2.3嵌入式视觉系统发展概述71.3本文的主

4、要内容和章节安排81.3.1本文主要内容81.3.2章节安排9第二章全自主中型组机器人足球比赛系统简介102.1引言102.2中型组机器人足球比赛系统的组成和工作原理102.3中型组足球机器人视觉子系统122.3.1足球机器人视觉子系统简介122.3.2足球机器人视觉子系统缺陷及解决方案132.4本章小结14第三章视觉装置的硬件设计153.1引言153.2视觉装置的硬件设计任务153.3视觉装置的体系结构设计153.4视觉装置各单元的硬件设计173.4.1处理器单元173.4.2通信单元203.4.3图像传感器单元223.4.4单片机与C

5、MOS的接口单元273.5小结29第四章视觉装置的软件设计304.1引言304.2软件环境304.2.1ICCAVR简介304.2.2AVRStudio简介314.3软件设计流程324.4系统初始化334.4.1串口初始化344.4.2TWI初始化344.4.3I/O口初始化354.4.4I2C总线初始化354.4.5定时器及相关寄存器初始化364.4.6OV6620的初始化364.5图像数据的采集374.5.1在线调试模式374.5.2实时追踪模式424.6目标识别464.6.1识别算法464.6.2位置编码484.7小结50第五章系统

6、实验与结果分析515.1系统实物图515.2系统实验及分析525.2.1在线调试模式实验及分析535.2.2实时追踪模式实验及分析535.3小结55总结56第一章绪论1.1课题研究背景及意义机器人世界杯足球赛，是近几年迅速兴起的高科技对抗活动。训练机器人进行足球比赛的设想是由加拿大大不列颠哥伦比亚大学教授A1anMackworth在1992年首次提出的[1,2]，其目的是通过机器人足球比赛，为人工智能和智能机器人学科的发展提供一个具有标志性和挑战性的课题，为相关领域的研究提供一个动态对抗的标准化环境。中型组机器人足球赛（RoboCupMi

7、ddleSizeLeague）[6]是RoboCup机器人足球世界杯的主要项目之一。中型组机器人足球比赛要求机器人完全自主，不允许任何形式的场外干预。视觉系统是整个机器人足球比赛的关键，它从二维投影中恢复有用信息，将图像作为输入，根据图像建立现实环境的模型，进而产生控制输出。通过视觉系统，能够识别出球、球门等特征以及机器人的色标，确定本方机器人、对方机器人以及球的位置和角度，从而为比赛决策系统提供信息。目前中型组机器人足球的视觉系统主要是由全景视觉和前向单目视觉组成，但是由于二段式等比例反射镜面设计缺陷造成机器人近距的盲区。机器人在这些区

8、域内不能准确判断球的具体位置，当遇到球离自己很近或者是贴近自己的时候，机器人只能是做某一特定的动作，利用全景视觉或前向单目视觉来获取球的位置信息，造成机器人的动作效率低下，特别是在激烈的比赛的