FPGA驱动的智能服务机器人双目视觉模块设计与实验研究

本文主要探讨了在人工智能领域，尤其是家居设计中，如何利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）技术来构建一种智能服务机器人的双目视觉模块。FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有高度灵活性和并行处理能力，这在机器人视觉应用中尤为重要，因为它能显著减少对上位机（即主机或中央处理器）的资源占用，从而提高图像处理速度和系统的实时性能。 研究首先从863项目“机器人模块化体系结构设计”出发，强调了模块化设计的优势，如可重复配置性、通用性和低成本，有助于降低研发过程中的重复劳动。作者针对双目视觉模块的系统设计，采用了Altera公司的DE2-70 FPGA开发平台，构建了包含SRAM缓存扩展板、I2C总线配置模块、图像采集、存储和预处理模块、图像显示模块，以及Nios II片上系统模块的硬件架构。同时，通过标准的VGA和RS232接口设计，确保了模块与上位机间的高效通信。 在图像预处理算法的研究部分，文章深入分析了FPGA的并行和流水线处理特性，提出了一种自适应均值滤波算法，优化了滤波效果。还针对视觉模块的实时性需求，设计了一种实时对比度增强方法，进一步提升处理速度。此外，改进了Kirsch边缘检测算法的FPGA实现，减少了硬件资源的占用。 对于双目测距研究，论文介绍了相机模型的建立和标定过程，详细阐述了双目测距的原理。作者在视觉模块的Nios II片上系统中实现了双目测距功能，并通过VC++编程设计了上位机的控制界面，实现了人机交互。实验结果显示，该模块能够实时采集和处理图像，进行有效预处理，准确进行目标物体的双目测距，测量误差较小。 本文的工作为智能服务机器人视觉模块的未来发展提供了重要的技术基础，特别是在FPGA技术的应用上，证明了其在提高机器人视觉性能和效率方面的潜力。关键词包括智能服务机器人、FPGA、视觉模块、图像预处理、双目测距，这些都是推动未来家居智能化的重要技术支撑点。