Projekte.RoboVision (Struktur)


RoboVision

Entwicklung, Programmierung und Erprobung von Bildverarbeitungsalgorithmen der Robotik.
Inhalt und Ziele
Mit Kameramodulen, FPGAs und Speicherschaltkreisen sollen unterschiedliche Bildverarbeitungsaufgaben gelöst werden. Zur Vorbereitung dieser Aufgaben wurden zwei Typen von Ansteckbaugruppen für die Digilent-FPGA-Versuchsbaugruppen aus dem Praktikum entwickelt:
  • Kameraadapter (CamA)
  • Monitoradapter (MonA)

Dokumentationen (nur institutsintern lesbar)

  • VHDL-Referenz-Design, mit den Funktionen:
    • Kameraprogrammierung über einen I2C-verwandten seriellen Bus
    • Einlesen und Abspeichern der Bilder vom Kamerasensor
    • Bildausgabe auf den Monitor
    • einfache Positionskennzeichnung eines Leuchtpunktes von einer Infrarot-Leuchtdiode
  • Daten der Kamera: [Kein Zugriff]
  • Dokumentationen Kamera- und Monitoradapter: Schaltplan, Anschlusstabelle, ucf-Datei

Themenvergabe für Studienleistungen

Die Bildverarbeitung in der Robotik dient vor allem zur Objekterkennung und zur Gewinnung räumlicher Informationen:
  • Positionsbestimmung der Roboter
  • Positionsbestimmung anderer Objekte, z.B. des Balls beim Roboterfußball
  • Hinderniserkennung
  • Kartographie der Umgebung, etc.

Ortung von blinkenden Infrarot-Leuchtdioden, die sich parallel zur Bildebene bewegen

Die Aufgaben zur Gewinnung räumlicher Informationen aus Bildern sind meist mathematisch schlecht gestellt. Das Ergebnis hängt weder stetig von den Eingaben ab noch ist es eindeutig. Gerinfügige Änderungen im Bild eröffnet sprunghaft neue Interpretationsmöglichkeiten. Die hier gestellte Aufgabe gehört zu den Ausnahmen, die algorithmisch gut zu beherrschen sind.

Auf den Robtern werden (mehrere) Infrarot-Leuchtdioden montiert, die synchron zum Bildwechsel ein- und ausgeschaltet werden. Ein Infrarot-Filter vor der Kamera unterdrückt sichtbares Licht, so dass die Leuchtdioden helle Flecke auf einem fast schwarzen Hintergrund erzeugen. Die Roboter bewegen sich parallel zur Bildebene, so dass die Lichtpunkte eine einheitliche Größe haben und die Bildpositionen einfach in Spielfeldpositionen umgerechnet werden können. Das erste Ziel ist es, ein System zu entwickeln, das für alle von LEDs erzeugten Lichtpunkte in einem Bild den Mittelpunkt bestimmt, idealerweise mit einem halben oder einem viertel Pixel Auflösung. Nachfolgende Aufgaben sind, die bewegten Punkte in den Bildfolgen zu verfolgen und aus dem "Blinkrythmus" jedem bewegten Punkt die Leutdiodennummer zuzuordnen.

Betreuung: G. Kemnitz, C. Giesemann

Entwicklung eines VHDL-Simulationmodells zur Positionsortung von Robotern

Teilnehmer: Xinli Yang (Diplomarbeit)
Quellen: [CamA_Ortung.zip]

  • Entwicklung eines VHDL-Programms zur Aufnahme von Bildern mit einer Kamera und zum Senden von Einzelbildern an den PC über die serielle Schnittstelle.
  • Testbildabspeicherung auf dem PC als ppm-Datei
  • Das zu entwickelnde Simulationsmodell soll u.a. folgendes enthalten:
    • read- und write-Funktionen für Bilder
    • Verarbeitungsalgorithmus imperativ
    • funktionierender Testrahmen
Hardware und Beispiel-VHDL-Programme zur Kameraansteuerung sind vorhanden. Beispiele für ähnliche Simulationsmodelle befinden sich in dem neuen Skript zur Vorlesung Entwurf digitaler Schaltungen. Hauptaufgabe ist die Entwicklung eines geeigneten Algorithmus zur Detektierung der Positionsleuchten der Roboter in den Bildern und deren Mittelpunktkoordinaten. Der Nachweis der Funktionsfähigkeit des Algorithmus ist durch durch Simulation nachzuweisen. Die Weiterentwicklung des Simulationsmodells bis zur funktionierenden Schaltung ist erwünscht, aber nicht unbedingt Bestandteil der Diplomarbeit.


Autor: gkemnitz, Letzte Änderung: 14.04.2011 15:09:58


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