核环境下遥操作机器人嵌入式视觉系统的研究与实现

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核环境下遥控操作机器人是由人控制其工作的机器装置。它可以获取核环境下人类不能到达的区域的环境信息,并代替人手来完成一些危险的工作,以避免危险环境对人体带来伤害。视觉系统是遥控操作机器人最主要的传感器之一,但是传统的视觉系统往往存在视野范围小和不耐辐照等缺点,通常不能满足机器人在核环境下高效、稳定工作的要求。本论文研究了一种嵌入式全景视觉系统,使用常规摄像机和全景反射镜组成,能够一次性对机器人周围360度的环境信息成像,从而为机器人的遥控操作工作奠定良好的基础。  本文主要研究了核环境下机器人嵌入式视觉系统的硬件结构和相关算法在嵌入式系统上的实现,并对相关算法做了对比验证实验。硬件方面,本文主要研究全景视觉系统的成像原理及其抗核加固方法。介绍了核环境下嵌入式视觉系统关键器件的耐辐照选型方案。比较了三种不同的全景图像展开算法,并确定使用FPGA加高速外部缓存的结构,在嵌入式系统上实现了高清晰全景图像的快速展开。在此基础上,较为系统的验证并设计了CMOS图像传感器成像过程中一些必要算法的硬件结构,给整个视觉系统提供了尽可能高的图像质量。并实现了一个高速的JPEG压缩和一个以太网的IP核设计。  软件方面,首先介绍了全景图像的展开算法,实现了基于嵌入式系统的全景图像快速展开方法。研究了CMOS图像传感器成像过程中的一些必须的算法,如自动曝光、自动白平衡、自动聚焦、图像插值算法等并在FPGA上实现,使系统可以获得清晰、高质量的核环境图像,为后绪工作奠定了良好的基础。文章还对JPEG算法的结构做了研究和改进,设计了一套高清图片的JPEG快速压缩方法。最后将UDP协议中的算法在FPGA中实现,完成了数据的高速传输。  文章结尾对核环境下遥控操作机器人的嵌入式视觉系统的实验结果做了对比和分析。
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