关于嵌入式系统在机器人视觉中的应用分析

刘姣龙

摘 要：以嵌入式系统为研究对象，详细研究了该系统在机器人视觉中应用的相关问题，并对其应用思路与策略等进行了详细的研究。

关键词：嵌入式系统;机器人视觉;操作系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.135

0 前言

现在研究发现，机器人与嵌入式系统之间是紧密联系在一起的，在最初的技术设计中，机器人系统主要采用数控技术，但是发展速度缓慢。而针对这种问题，嵌入式系统的高度发展以及智能技术的发展，让机器人技术得到了进一步的完善。其中在机器人视觉系统中，嵌入式系统也具有广阔的应用价值，值得关注。

1 嵌入式系统的设计思路

在机器人视觉系统中，嵌入式系统可以发挥自身的储存映射功能，其具体的设计思路包括：

（1）系统运行环境的初始化。在嵌入式系统的设计中，标识已经成为整个系统的关键点，所以需要设置异常中断的向量表，并完成初始化储存。在这种情况下，初始化模式下的数据栈中具有一些关键的I/O结构;针对初始化数据异常中断，通过RAM变量，若有具体的使用需求，可以由处理器足处理各种运行需求。

（2）应用程序的初始化。机器人视觉系统的设计需要以不同的应用程序为切入点，并根据程序设计的要求，对其系统的功能等作出调整，这样才能最大程度上保证其系统功能可以达到预期。其设计思路为：1）将初始化的机器人视觉系统搬运到“可写”的数据区，这样在嵌入式系统中，各种映像数据可以被随时保存在ROM中，并且在系统运行中，这些数据可能被改写[1]。所以初始化设计的关键，就是要完成对RW属性数据的处理，并将其写在储存区。2）在运行映像文件时，可以将系统中的关键数据写在储存区，并构建具有ZI属性的数据区。

2 嵌入式操作系统的移植

与传统的系统相比，嵌入式操作系统存在着明显区别，在系统运行阶段，嵌入式系统负责整个系统体系的软件与硬件资源，并负责其中关键数据的调度与调整，这样才能在最大程度上体现系统所具有的特征，或者针对不同的运行要求，选择卸载某些模块来满足自身的运行要求。同时嵌入式操作系统还具有实时性操作强的优点，所以在系统的设计与实现阶段，需要以当前的系统功能为切入点来处理各种突发事件;系统设计中所选择的编码体系小，所以在应用中可以满足打大部分嵌入式系统的运用要求，并在有限的系统空间完成储存、运行，具有理想的可靠性。

在这种系统环境下，通过嵌入式系统的移植设计，可以将系統功能实现在其他微处理器平台上的运行要求。所以为了实现这一目标，本文选择在S3C44BOX微处理器上完成系统功能移植，并构建一个相对应的软件开发环境。该系统具有实时处理数据能力强、结构优化等，并且适用于不同新处理器的运行要求，所以可以在机器人视觉系统中得到应用。

3 基于嵌入式系统的机器人视觉系统实现

3.1 微处理器的选型

在机器人视觉系统的实现中，首先需要确定微处理器的选型，本文所采用的ARM微处理器中包含着大量的内核结构，因此可以适用于不同领域的使用要求，但是考虑到嵌入式操作系统移植的要求，可以在ARM微处理器的基础上，选择uc/os为内核，该内核不需要MMU支持，并提供更加全面的功能支持。

3.2 系统工作频率的选择

系统的工作能力在一定程度上影响了ARM的微处理器的运行能力，根据现有相关技术的发展情况来看，常见的ARM芯片系统的主时针为20MHZ-133MHz，并而AMR9微处理器的最大运行频率为1.1MIPS/MHz。所以根据这一功率的要求，在视觉系统的实现中，必须要根据不同微处理器的选型情况进行调整[2]。虽然从理论上来看，微处理器的工作频率较高，但是会增加整个系统的运行成本。所以针对这种情况，需要选择适当的系统工具来选择频率，确保其经济效益可以得到最大程度的发挥。

3.3 视觉系统的匹配

本文将机器人视觉系统的定义为一个过程：在通过摄像头等视觉传感器获得三维景物的图像之后，可以通过视觉处理器（微处理器）对多幅图像进行处理与解释，这样就能够获得景物的符号描述，并转变为具体的数据信号，用来指导机器人的运动。所以针对本系统，可以利用特定的任务对机器人的行为进行约束，这样就可以发挥预期的效果。因此针对本系统而言，其关键就是要对优先处理机器人的视觉采集体系，在对机器人的前方场景图像进行调整之后，这样可以随时获得图像的匹配信息，可以确定机器人的图像匹配特征情况，并通过控制算法来完成机器人的自主导航。

因此在图像匹配过程中，机器人的视觉导航需要以“上一期的图像”为关键，在确定这个图片的信息之后，就可以在另一幅图像中来查找其他匹配图像，若成功找到，则显示“匹配成功”，机器人即开始运动。所以为了实现这一目标，本文采用SSDA算法，该算法以模板不再匹配点的分布特征，将误差控制在理想水平内。所以机器人的视觉导航已经成为机器人完成各种运动行为的关键，必须要按照图像匹配运动算法的详细数据，确定运动的偏差值，通过约束该偏差值，就可以将机器人的视野界定在中央范围内，确保机器人可以随时的跟踪目标。这样通过确定机器人的视野变化情况，就可以对机器人的运动行为进行控制，促使机器人完成预期的动作。但是此时需要注意的是，通过嵌入式系统应该注意控制机器人视觉计算耗时引起的系统状态反馈延迟，所以为了避免这一问题的发生，需要利用预测变化量来修正机械人的视觉空间特征，并将修正后的偏差控制在理想水平内。

4 结论

嵌入式系统在机器人视觉系统设计中发挥着重要作用，通过该系统可以最大程度上保证机器人视觉信息的处理要求，因此值得关注。

参考文献：

[1]周俊，姬长英.基于视觉导航的轮式移动机器人横向最优控制[J].机器人，2018（05）：209-213.

[2]秦暄，章毓晋.一种基于曲线拟合预测的红外目标的跟踪算法[J].红外技术，2018，25（04）：23-35.