Báo Cáo Máy tính nhúng và xử lý ảnh trong điều khiển robot

MÁY TÍNH NHÚNG VÀ XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT
EMBEDDED COMPUTER AND IMAGE PROCESSING IN ROBOT CONTROL

SVTH: Lê Văn Khanh, Lô Văn Dưng
Lớp 05T3, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại Học Bách Khoa
GVHD: KS. Trương Minh Huy
Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại Học Bách Khoa

TÓM TẮT
Công nghệ xử lý ảnh ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Ngoài các ứng
dụng truyền thống như phục hồi, nâng cao chất lượng ảnh, các ứng dụng nhận dạng, an ninh, điều
khiển ngày càng phổ biến. Từ khi xuất hiện trên sân chơi robocon, nhất là với chức vô định
robocon 2007 của Trung Quốc, công nghệ xử lý ảnh đã thu hút sự chú ý đặc biệt của các bạn sinh
viên yêu thích lĩnh vực robotics. Bài viết này giới thiệu toàn diện một robot xử lý ảnh với chức năng
tặng hoa. Kết quả nghiên cứu này mở ra khả năng sử dụng rộng rãi công nghệ sử lý ảnh trong
robotics với những thiết bị rẻ tiền như máy tính nhúng hoặc máy tính cấu hình thấp.
ABSTRACT
Image processing technology is increasingly widely used in life. Apart from traditional
applications such as recovery, improve image quality, identification applications, security, control
has become increasingly popular. Since appearing on Robocon playground, especially with the
Championship of China Team in Robocon 2007, image processing technology has attracted
special attention of the students who love robotics. This article introduces a image processing robot
with functional flowers. Results of this research open the possibility widely used imaging
technologies in robotics with expensive devices such as low profile computers or embedded
computer.
1. Đặt vấn đề
Công nghệ xử lý ảnh và nhận dạng là công nghệ khá phức tạp. Ảnh thu nhận được
từ camera luôn bị nhiễu. Việc xử lý khử nhiễu và nhận dạng mục tiêu trở nên khó khăn và
tiêu tốn nhiều tài nguyên. Vì vậy để đưa được công nghệ xử lý ảnh vào robot với những
thiết bị có cấu hình thấp đòi hỏi cần phải có sự hỗ trợ của những công nghệ khác như siêu
âm, hồng ngoại, để cải thiện độ chính xác và tốc độ.
1.1. Sơ lược hệ thống dẫn đường cho robot
Để hỗ trợ cho robot trong việc ra quyết định, bạn cần có hệ thống dẫn đường. Hệ
thống này bao gồm dẫn đường theo chiều ngang và theo chiều sâu. Việc dẫn đường theo
chiều ngang do module xử lý ảnh đảm nhiệm. Ưu điểm của việc định vị theo chiều ngang
(so với mục tiêu) là robot có thể di chuyển trong môi trường bất kỳ mà không cần phải có
các vạch dẫn đường như các bạn thường thấy trong sân chơi robocon. Điều này giúp rút
ngắn đường đi, tiết kiệm năng lượng và linh hoạt hơn trong xử lý.
Phần còn lại, hệ thống dẫn đường theo chiều sâu do các module thu phát sóng radio
hoặc siêu âm xử lý. Có nhiều người đạt câu hỏi tại sao không dùng sử lý ảnh để đo khoảng
cách luôn. Câu trả lời là phải thực tế một chút. Việc ước lượng khoảng cách bằng thị giác
chỉ mang tính tương đối, ngay mắt người cũng chỉ có thể ước lượng tương đối nên thị giác
máy tính cũng không thể làm tốt hơn. Trong bài viết này tôi giới thiệu cảm biến siêu âm
SRF05, đơn giản chỉ vì nó dễ mua ở Việt Nam và việc điều khiển cũng khá dễ dàng.
1.2. Sơ lược phần cứng
Robot xử lý ảnh của tôi dùng để tạng hoa, bạn có thể làm những điều thú vị hơn.
Về cơ bản nó gồm 3 phần chính: Module xử lý ảnh, mạch vi điều khiển và cơ cấu cơ khí. Ở
đây tôi không đề cập đến cơ cấu cơ khí mà chỉ giới thiệu hai phần đầu.
1.3. Lựa chọn phần cứng xử lý ảnh
Module xử lý ảnh bao gồm một camera và một máy tính (bao gồm cả máy tính
nhúng), sau đây là một số phần cứng bạn có thể lựa chọn:
NSLU2, fullmax 266Mhz, 32MB SDRAM, 2.1 x 9.1 x 13 (cm), 120 USD
Linksys đã ngừng sản xuất.
NAS200, 150Mhz, 32MB RAM, 2.1 x 9.1 x 13 (cm) , 170 USD
Laptop cũ hoặc bo mạch các PC cũ (khoảng 400.000-1.500.000 vnd), tối thiểu
cũng 1.6Ghz, 256MB RAM.
Muốn sử dụng NSLU2 hay NAS200, bạn cần phải tháo hộp để chế thêm các chân
giao tiếp nối tiếp (đồng nghĩa với việc không được bảo hành, hư hỏng thì tự chịu), thêm ổ
cứng vào để biến chúng thành các máy tính nhúng, sau đó cài đặt hệ điều hành linux lên
chúng, cụ thể ở đây là phiên bản linux Debian. Những thiết bị này mua ở Việt Nam không
dễ, đặc biệt là NSLU2, giá ở trên chưa bao gồm phí vận chuyển. Lời khuyên và giải pháp
tốt cho các bạn sinh viên là nên sử dụng các laptop cũ, nó rất rẻ, dễ mua, và cấu hình cũng
khá tốt. Tôi may mắn có được 1 bộ NSLU2 và Webcam Logitech QuickCam Pro3000. Tuy
nhiên do chế lại nên thiết bị thường xuyên trục trặc.