基于DM642的机器人双目视觉系统设计

### 基于DM642的机器人双目视觉系统设计 #### 一、引言 随着数字图像处理技术的迅速发展，许多图像处理问题已转变为数字信号处理问题。数字图像处理的优势在于其成熟的快速算法（例如FFT、FHT等）可以应用于图像处理之中，并且随着超大规模集成电路技术的进步，数字信号处理器（DSP）的处理速度和内部存储器容量有了显著提高，这为实现实时图像处理提供了强有力的支持。结合DSP与现场可编程门阵列（FPGA）的技术，可以实现高效的实时图像处理。 #### 二、系统概述 本系统是一种用于自主移动机器人的双目视觉系统，主要功能是通过分析两个摄像头捕获的图像来确定被跟踪目标的位置和运动状态。系统结构如图1所示，主要包括两个安装在云台上的摄像头、视频解码器、DSP（DM642）、FPGA（XC2S300E）以及无线通信模块。  #### 三、系统硬件设计 ##### 3.1 方案论证 - **选择DM642作为核心处理器：**DM642是德州仪器（TI）推出的一款专为多媒体处理设计的DSP，其主频达到600MHz，峰值计算速度可达4800MIPS。根据系统需求，设计为每秒处理6帧图像，因此处理每帧图像的时间为0.1667秒，在这段时间内，DM642可以执行高达800百万条指令。 - **图像处理算法分析：** - 图像预处理：对每个像素点进行一次加乘运算以生成灰度图像，此步骤的计算量约为图像像素值的3倍。 - 图像去噪：采用移动平均法，计算量约为像素值的10倍。 - 边缘检测：采用Roberts算子，运算量不超过像素值的100倍。 - 特征提取：仅对边缘上的交叉点进行处理，计算量较小。 - **结论：**DM642的计算能力完全满足项目需求，并留有足够的余量。 ##### 3.2 硬件结构 - **核心组件：** - **DM642 DSP：**负责图像处理算法的执行。 - **XC2S300E FPGA：**负责控制系统协调，提高整体效率。 - **SAA7115H 视频解码器：**用于将摄像头捕捉到的模拟信号转换为数字信号。 - **SDRAM 和 FLASH 存储器：**分别为32M和4M，用于存储程序和数据。 - **电源管理芯片 TPS543：**提供稳定的电源供应。 #### 四、系统软件设计 系统软件设计主要包括以下方面： - **操作系统：**采用TI提供的BIOS（Bootloader），支持DSP的初始化配置。 - **驱动程序：**编写针对SAA7115H、FPGA以及其他外围设备的驱动程序。 - **图像处理算法：** - 图像预处理（灰度化） - 图像去噪（移动平均法） - 边缘检测（Roberts算子） - 特征提取 - **通信模块：**设计无线通信协议，确保与控制台之间稳定的数据传输。 #### 五、结论 本文介绍了一种基于DM642和FPGA的机器人双目视觉系统设计方法。通过硬件和软件的优化，系统能够实现实时图像处理，并准确地获取被跟踪目标的运动状态信息，为自主移动机器人提供了关键的技术支持。未来的研究将进一步优化图像处理算法，提高系统的实时性和准确性。