即時影像處理及其在自動導引車導航之應用

Abstract

近年來，在自動導引車（Autonomous Mobile Robot）導航的研究上，影像感測器的使用已逐漸成為必然的趨勢。影像是一種二維的環境感測器，以接近人類視覺原理的方式將三維的環境空間投影在二維的平面上，因此由其中可以得到很相富的環境資訊。影導航是屬於動態的控制，因此由其中可以和到很豐富的環境資訊。影像導航是屬於動態的控制，因此強調即時性，屬於即時影像處理的應用範圍。若要進行影像導航的工作，必須先有一個能達到即時影像處理要求的影像感測裝置才行。本論文建立了一套快速的影像感測裝置，並藉由改善影像處理系統架構及增加一常用的分析功能於硬體中，以減少影像分析的時間，達到即時影像處理的要求。在所製作之影像感測裝置中，具備以下的功能：(1)即時影像邊緣偵測；(2)即時特性分佈轉換：(3)即時影像特性分佈統計；(4)平行匯流排結構，使影像資料的更新與處理為平行且獨立的進行；(5)自動I/O位址計算及預先資料抓取功能，提昇資料存取速度。除了個別功能之測試以外，本影像感則系統並與自動導引車整合，進行了追蹤導航的實驗，驗證了設計之目標。

In autonomous mobile robot navigation, the use of image sensory devices has the trend. CCD camera image sensor is analogous to the human eye that projects 3-D environment space to 2-D plane, so it can get many environment informations. Vision guidance of a mobile robot is a dynamic control problem, where real-time image processing is required. In this thesis, we developed a fast image sensory devices to fit the requirement of real-time image processing. We use improved hardware architecture and add some useful functions in the hardware to reaching the real-time properties. The following is the function and architecture of our image sensory device: (1) real-time edge detection function, (2) real-time histogram transformation function, (3) real-time histogram calculation function, (4) parallel bus architecture, so image data writing and processing can parallel and independent execution, (5) auto-I/O address calculation and data prefetch function, increasing the data access velocity. Experiments of tracking a moving target have been carried out in the laboratory using the developed image system on an experimental mobile robot.