谈谈农田农业机器人视觉导航系统

论文导读：发视觉导航软件。（2）视觉导航体系软件设计：基于DSP\BIOS实时操作体系及CSL库编写图像采集程序，DSP/BIOS及CSL函数库能简化软件开发，由库函数配置和制约硬件，以而缩短开发周期减少未知错误发生概率。（3）图像采集：采取CCD高清摄像头采集PAL制式的垄沟图像信息，对采集程序进行分析说明。采集到的图像为YUV色彩空间，这种色彩空间
摘要：目前随着人口老龄化的加剧及生活水平的不断提升，人类在高强度、高压力、高危险劳动方面迫切需要机器能够代类劳动，以而把人类以生命的过度消耗中解脱出来。与传统机器相比，现代化的机器人更能适应复杂多变的环境，代类完成更加复杂的任务。在机器人探讨和进展的历程中智能化是进展的主题，几点模仿人类行为的高级机器人正在逐步走进我们视野，但是作为一个农业大国，我国农业机器人的进展并不十分迅速，智能化水平有待提升。机器人要想实现自主移动，依靠的是先进的导航体系，而在导航体系中视觉导航是最直接最有效的办法，因而探讨机器人视觉导航存在十分重要的作用。尤其是农业机器人，由于其工作环境具有范围广阔、差别显著且易受周围环境影响等特殊性质，探讨农业机器人的视觉导航就存在更加深刻和现实的作用。目前，由于机器人视觉体系需要大量的数据运算，对软硬件资源要求都对比高，现有的通用微处理器无法满足高速性和实时性的要求。所从本体系利用TI公司的数字信号处理器TMS320DM642作为处理核心，构建视觉体系。本论文从农田环境下机器人视觉导航体系为探讨对象，包含体系的软硬件设计、实时体系的选择及图像处理算法的仿真等方面。本论文探讨内容包括：（1）视觉导航体系硬件设计：采集体系由视频图像采集模块、数据存储模块、DM642信息处理模块、图像显示模块及电源模块组成，从硬件平台作为基础，在此基础上开发视觉导航软件。（2）视觉导航体系软件设计：基于DSP\BIOS实时操作体系及CSL库编写图像采集程序，DSP/BIOS及CSL函数库能简化软件开发，由库函数配置和制约硬件，以而缩短开发周期减少未知错误发生概率。（3）图像采集：采取CCD高清摄像头采集PAL制式的垄沟图像信息，对采集程序进行分析说明。采集到的图像为YUV色彩空间，这种色彩空间各分量间干扰较小，适合下一步的图像处理。（4）体系优化：根据农田垄沟环境的实际状况提出重采样的案例，从此保证处理的实时性。由于垄沟环境变化量不大，采样的频率可从适当降低，正是使用这一点给图像处理历程留下了更充足的处理时间。（5）实验仿真：通过对采集到的图片进行MATLAB仿真处理，探讨对垄沟图像处理的算法，包括灰度变换、阈值分割、背景去除、平滑滤波、腐蚀、有效区域提取、边缘检测，通过边缘信息找出路径中点，最后采取最小二乘法拟合出行走方向信息，为机器人运动提供依据。本论文所探讨的机器人视觉平台可从完成图像的采集与处理，运用DSP/BIOS实时操作体系内核，可从定义DM642的全部属性，也可从完成程序的在线调试和体系调度功能。利用CSL函数库可从方便的配置和制约外设，省去了为利用DSP器件外设而进行的编程工作，也可提升程序的规范化和兼容性。通过对垄沟环境的考察分析，对采集来的每秒25帧视频图像重新采样，减少数据处理量，这样同样的时间内图像处理上就可从增多算法，保证图像特点的可靠性。图像处理算法结果可从使农业机器人清晰识别田间垄沟环境，应用最小二乘法估算识别运动路径，最小二乘法可从滤除部分噪声，对露天农业实际环境下可能有的干扰（例如垃圾、杂草、树木等）有一定判别意义，对农业生产具有重要的实际作用。关键词：农田环境论文机器人视觉论文数字信号处理器论文图像处理论文路径识别论文
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Abstract10-12
1 引言12-17

1.1 探讨的目的与作用12-13

1.2 国内外探讨近况及走势13-15

1.2.1 国外机器视觉探讨近况14-15

1.2.2 国内机器视觉探讨近况15

1.3 课题探讨的设计思想15-17

2 基于 TMS320DM642 的图像采集与处理体系17-29

2.1 TMS320DM64217-21

2.

1.1 TMS320DM642 的组成结构17-20

2.

1.2 TMS320DM642 的集成外设20-21

2.2 总体设计要求21-27

2.1 视频采集、解码芯片及接口电路22-24

2.2 图像数据存储器芯片及接口电路24-25

2.3 程序固化存储器及接口电路25-26

2.4 编码芯片及接口电路26-27

2.2.论文导读：34.1实时体系选择35-364.2一帧图像的采集36-404.2.1各模块配置信息的设置36-374.2.2利用CSL库函数对各模块进行初始化37-384.2.3图像采集及显示38-404.3CMD文件40-414.4Flash的烧写414.5本章小结41-435图像算法探讨43-625.1农田垄沟环境下图像处理案例43-455.

1.1传统图像处理及优缺点简介435.2图像处理的对

5 复位电路27

2.3 本章小结27-29

3 软件集成开发工具29-35

3.1 软件开发环境 CCS30-33

3.

1.1 CCS 组成30-31

3.

1.2 CCS3.3 的配置31-33

3.2 项目的建立33-34

3.3 本章小结34-35

4 体系软件开发35-43

4.1 实时体系选择35-36

4.2 一帧图像的采集36-40

4.

2.1 各模块配置信息的设置36-37

4.

2.2 利用 CSL 库函数对各模块进行初始化37-38

4.

2.3 图像采集及显示38-40

4.3 CMD 文件40-41

4.4 Flash 的烧写41

4.5 本章小结41-43

5 图像算法探讨43-62

5.1 农田垄沟环境下图像处理案例43-45

5.

1.1 传统图像处理及优缺点简介43

5.

1.2 图像处理的对象43-45

5.2 MATLAB 环境下对图像处理算法的探讨及仿真45-57
5.

2.1 摄像机高度调整45

5.

2.2 垄沟图像预处理45-57

5.3 机器人行走路径拟合57-61
5.

3.1 坐标系选取及机器人行走方向分析57-59

5.

3.2 一元线性回归分析原理59-60

5.

3.3 拟合历程及结果60-61

5.4 本章小结61-62
6 结论62-63
致谢63-64
参考文献64-67
攻读硕士学位期间发表的学术论文67