本實(shí)用新型涉及機(jī)器人室內(nèi)導(dǎo)航視覺、目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域，特別涉及一種基于魚眼相機(jī)的運(yùn)動跟蹤與運(yùn)動分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

定位問題是自主移動機(jī)器人要解決的首要問題,也是其實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、即時(shí)定位與建圖、完成其它智能任務(wù)的關(guān)鍵。定位問題不解決，自主移動機(jī)器人的研究無法正常開展。若借助機(jī)器人本身進(jìn)行定位，算法處理難度很大，很難保證數(shù)據(jù)收斂；而GPS或者GSM基站定位在室內(nèi)無法使用，因此在室內(nèi)研究階段缺乏一種簡單方便的室內(nèi)定位與運(yùn)動分析工具。

同時(shí)，機(jī)器人的軌跡優(yōu)化與姿態(tài)信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)波形化顯示是在實(shí)驗(yàn)室研究階段一個非常關(guān)鍵的地方，但是現(xiàn)階段沒有一個完善且價(jià)格低廉的方案能夠?qū)υ趯?shí)驗(yàn)室研究階段的機(jī)器人起到很大的幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、定位準(zhǔn)確的基于魚眼相機(jī)的運(yùn)動跟蹤與運(yùn)動分析系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決上述問題的技術(shù)方案是：一種基于魚眼相機(jī)的運(yùn)動跟蹤與運(yùn)動分析系統(tǒng)，包括魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)、網(wǎng)絡(luò)組建模塊和用戶終端，魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)依次連接，用戶終端經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組建模塊后分別連接上位機(jī)和魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊，魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊采集圖像信息并將圖像信息送入數(shù)據(jù)處理模塊，圖像信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后送入上位機(jī)，所述用戶終端、上位機(jī)、魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊通過網(wǎng)絡(luò)組建模塊實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換。

上述基于魚眼相機(jī)的運(yùn)動跟蹤與運(yùn)動分析系統(tǒng)中，所述魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊包括依次串接的魚眼攝像頭、FPGA采集模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，魚眼攝像頭采集圖像信息并將圖像信息送入FPGA采集模塊存儲，F(xiàn)PGA采集模塊將圖像信息進(jìn)行同步時(shí)間序列后由網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊送入數(shù)據(jù)處理模塊。

上述基于魚眼相機(jī)的運(yùn)動跟蹤與運(yùn)動分析系統(tǒng)中，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括依次串接的網(wǎng)絡(luò)交換單元、圖像處理單元、數(shù)據(jù)提取單元，網(wǎng)絡(luò)交換單元獲取網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊傳輸?shù)膱D像信息，圖像信息經(jīng)圖像處理單元處理后送入數(shù)據(jù)提取單元進(jìn)行關(guān)鍵信息提取，提取的關(guān)鍵信息送入上位機(jī)顯示和存儲。

上述基于魚眼相機(jī)的運(yùn)動跟蹤與運(yùn)動分析系統(tǒng)中，所述用戶終端包括手持終端和移動終端，手持終端和移動終端分別與網(wǎng)絡(luò)組建模塊相連，手持終端包括數(shù)據(jù)輸入設(shè)備和顯示屏，移動終端包括數(shù)據(jù)交換模塊、姿態(tài)傳感器，數(shù)據(jù)交換模塊提取移動機(jī)器人本身的信息，并將信息融合姿態(tài)傳感器的姿態(tài)信息，通過網(wǎng)絡(luò)組建模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到手持終端與上位機(jī)中。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

1、本實(shí)用新型通過FPGA采集模塊采集圖像信息并對圖像進(jìn)行預(yù)處理與圖像壓縮，完全能達(dá)到實(shí)時(shí)處理的水平，通過同步時(shí)間序列，能真實(shí)并實(shí)時(shí)地監(jiān)控移動機(jī)器人及其軌跡，并通過上位機(jī)便捷方便地采集到機(jī)器人的全部信息，通過數(shù)據(jù)曲線顯示，便于觀察。

2、本實(shí)用新型的用戶終端可以不通過電腦來操控整個系統(tǒng)，并且具有離線功能，在室外手持終端與移動終端能進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為圖1中魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為圖1中數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4為圖1中用戶終端的結(jié)構(gòu)框圖。

圖5為攝像頭接口電路圖。

圖6為SDIO接口電路圖塊。

圖7為FPGA芯片電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型包括魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)、局域網(wǎng)及ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)組建模塊和用戶終端，魚眼數(shù)字相機(jī)采集與傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)依次連接，用戶終端經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組建模塊后分別連接上位機(jī)和魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊，魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊采集圖像信息并將圖像信息送入數(shù)據(jù)處理模塊，圖像信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行特征信息提取和圖像壓縮后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)送入上位機(jī)；所述用戶終端、上位機(jī)、魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊通過網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換。

如圖2所示，所述魚眼相機(jī)采集與傳輸模塊包括依次串接的魚眼攝像頭、FPGA數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，魚眼攝像頭采集圖像信息并將圖像信息送入FPGA采集模塊存儲，F(xiàn)PGA采集模塊將圖像信息進(jìn)行同步時(shí)間序列后由網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊送入數(shù)據(jù)處理模塊。

如圖3所示，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括依次串接的網(wǎng)絡(luò)交換單元、圖像處理單元、數(shù)據(jù)提取單元，網(wǎng)絡(luò)交換單元獲取網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊傳輸?shù)膱D像信息，圖像信息經(jīng)圖像處理單元處理后送入數(shù)據(jù)提取單元進(jìn)行關(guān)鍵信息提取，提取的關(guān)鍵信息送入上位機(jī)顯示和存儲。

如圖4所示，所述用戶終端包括手持終端1和移動終端2，手持終端1和移動終端2分別與網(wǎng)絡(luò)組建模塊相連，手持終端1包括數(shù)據(jù)輸入設(shè)備和顯示屏，移動終端2包括數(shù)據(jù)交換模塊、姿態(tài)傳感器，數(shù)據(jù)交換模塊提取移動機(jī)器人本身的信息，并將信息融合姿態(tài)傳感器的姿態(tài)信息，通過網(wǎng)絡(luò)組建模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到手持終端1與上位機(jī)中。

如圖5所示，采用鎂光攝像頭芯片，通過8位數(shù)據(jù)線、行信號線、場信號線與FPGA模塊通信；本芯片采用全局曝光模式，避免了在進(jìn)行高速圖像采集是產(chǎn)生的圖像變形情況；通過FPGA進(jìn)行高速采集，能達(dá)到比芯片設(shè)定要求更高的圖像幀率，完全能滿足運(yùn)行分析的需要。

如圖6所示，所述SD接口用來連接硬件TPC/IP協(xié)議棧芯片，用SDIO接口能達(dá)到10M/S的速率，完全能夠滿足圖像及數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求。

如圖7所示，基于一片ALTERA公司的Cyclone IV系列的EP4CE115F29CN7主控FPGA能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，而不會出現(xiàn)DSP等非并行嵌入式芯片的斷幀現(xiàn)象，能夠滿足實(shí)時(shí)圖像處理的要求。

本實(shí)用新型的工作原理如下：魚眼攝像頭采集圖像信息并將圖像信息送入FPGA采集模塊，F(xiàn)PGA采集模塊將圖像信息進(jìn)行同步時(shí)間序列后由網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊送入網(wǎng)絡(luò)交換單元，網(wǎng)絡(luò)交換單元獲取網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊傳輸?shù)膱D像信息，圖像信息經(jīng)圖像處理單元處理后送入數(shù)據(jù)提取單元進(jìn)行關(guān)鍵信息提取，提取的關(guān)鍵信息送入上位機(jī)顯示和存儲，上位機(jī)針對關(guān)鍵信息繪制相應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線。移動終端2通過數(shù)據(jù)交換模塊提取移動機(jī)器人本身的信息，并將信息融合姿態(tài)傳感器的姿態(tài)信息，通過網(wǎng)絡(luò)組建模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到手持終端1與上位機(jī)；手持終端1通過數(shù)據(jù)輸入設(shè)備對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以通過自帶的顯示屏查看數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)組建模塊與上位機(jī)、移動終端2進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。