基于FPGA的智能服务机器人图像预处理模块设计.pdf

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1、机械设计与制造第5期4MachineryDesign＆Manufacture2011年5月文章编号：1001-3997(2011)05-0004-03基于FPGA的智能服务机器人图像预处理模块设计术高云峰王宝珠(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨150080)Designofimagepre—prOcessingmoduleforaFPGA-basedintelligentservicerobotGAOYun-feng，WANGBao—zhu(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteof

2、Technology，Harbin150080，China){【摘要】为了实现智能服务机器人视觉构件的可重用与可置换，减少研发中大量低水平重复工：{作，根据机器人模块化体系结构的设计思想，构建了一种基于FPGA的智能服务机器人图像预处理模j{块，根据硬件功能划分，设计了电源单元、图像采集单元、CAN通讯等单元。程序上采用了时下较为灵活；；的VerilogHDL语言进行设计，实现了图像采集模块、内存读写控制模块、CAN通讯模块等可移植的程：；序；在此平台上实现了改进的中值滤波算法和基于深度流水线的模板卷积算法．实验对比了不同滤波算：{法的效果，提供了选择图像预处理算法的依

3、据。：j关键词：智能服务机器人；图像预处理模块；FPGA：；【Abstract】／nordertoachievethereusabilityandreplacementofvision-componentsforintelligent：；servicerobotandreducemuchlow-levelduplicatedresearchingwork，imagepre-processingmodulefor口：{FPGA—basedintelligentservicerobotisconstructedaccordingtothedesigningideaofmod

4、ularityarchitec一：itureofrobot．epowderunit，imageacquisitionunit，CANcommunicationunitetcaredesignedaccording：{tohardware’sfunction．WhiletheprogralnisdesignedwithflexibleVerilogHDLlanguagewithwhichtrans一：{plantableimageacquisitionmodule，memorycontrolmodule，CANcommunicationmoduleetcareachiev

5、ed．：{Revisedmedianfilteralgorithmandtemplateconvolutionalgorithmbasingondeeppipelineisimplemented．：{Balycomparingdifferentfiheringalgorithms’effect，theexperimentprovidestheevidenceforpre-processing：gor￡hmof￡heintelligenservicerob。．；iKeywords：Intelligentservicerobot；Imagepre-processingmod

6、ule；FPGA：中图分类号：TH16，TP242文献标识码：A能。提出了基于FPGA的智能服务机器人图像预处理模块设计的1引言研究课题。该设计充分地利用了FPGA的性能，通用性强，能够智能服务机器人所处的环境通常是非结构化的室内环境，独立完成图像预处理工作。视觉能给机器人提供丰富的环境信息，从而规划、控制、引导机器人的作业。RenXiaoOu，GruverWilliamA等人[设计了一种基于2系统硬件设计CCD视觉和超声波传感器导航的机器人，其视觉处理的速度依根据图像预处理模块各部分的功能划分单元，系统的硬件赖上位机的硬件性能，并且占用了大量上位机资源。UtzHans

7、，结构，如图1所示。KaufmannUlrich等人日提出了一种优化的图像处理软件构架，该构架可以实现多线程数据流的处理，使得图像处理和机器人控制的整合变得平衡，但该设计只是针对具体功能的机器人，其通一回西Ir—————L一用性，可置换性差。因此，研究通用视觉构件可以减少很多重复的研发工作，同时大量的图像处理运算在独立于上位机的模块尉内运行，可以极大程度地减轻上位机的负担，使其更好地对全局存储单元进行控制。我国863计划研究组在欧美，日韩等国机器人模块化CAN通讯单元研究进程的基础上提出了我国的机器人模块化体系结构框架，图1系统硬件结构指