Mobilis robot vizuális navigációja hibrid architektúrájú képfeldolgozó algoritmusok használatával

Napjainkban egyre inkább teret nyer a különféle autonóm mobilis robotplatformok használata, és a közeljövőben a terület további fejlődése várható. Az ilyen egységek fejlesztésekor kulcskérdés a lokalizáció és a navigáció problémája, melyre a rendelkezésre álló számos lehetőség közül a vizuális elvű, képfeldolgozáson alapuló megoldások is használatosak. Ennek azonban szűk keresztmetszete a számítási kapacitás igény, melyet a mobilis egységek esetén mind a költség, mind pedig az autonomitást csökkentő energiafogyasztás korlátoz. Ezen problémára jelenthetnek megoldást az újszerű, hagyományostól eltérő architektúrákat használó képfeldolgozó rendszerek.

A dolgozat egy vizuális navigációt alkalmazó autonóm mobilis robot képfeldolgozási problémájának megoldását ismerteti. A minél rugalmasabb és kisebb költségű felhasználhatóság érdekében a navigáció passzív markereken alapul, melyeket eltérő színű sávok azonosítanak. Ennek megfelelően a képfeldolgozó rendszernek a kép kiolvasása után színszűrést, majd a már színenként szegmentált, bináris képeken a markerek megkeresését, azonosítását, valamint kamerához képesti pozíciójának meghatározását kell elvégeznie.

A kiindulásként rendelkezésre álló differenciális meghajtású platform egy hibrid, FPGA-t és beágyazott mikroprocesszort is tartalmazó irányítórendszerrel rendelkezik, mely egy alacsony költségű kameramodullal is kiegészítésre került. A hibrid architektúra lehetőséget biztosít a képfeldolgozási feladatok párhuzamos futtatására, és így a feldolgozási sebesség növelésére. Míg az FPGA párhuzamos műveletvégzésre képes, de memóriaterülete korlátozott, addig az általános célú mikroprocesszor a komplex, nagyobb tárigényű algoritmusok futtatására alkalmas. Az architektúra optimális kihasználására az elvégzendő műveletek két csoportra, pixel- és képszintű műveletekre oszthatók. A pixelszintű műveletekhez csupán az egyes pixelek adataira, míg a már bináris képeken futtatott képszintű műveletekhez a teljes kép ismeretére szükség van.

A dolgozatban ismertetett megoldás a kamerából sorfolytonosan érkező pixelek feldolgozását az FPGA-n valósítja meg, gyakorlatilag kiolvasásukkal egy időben, a kamera felbontásától és frissítési frekvenciájától független módon. A pixel szintű feldolgozás magába foglalja a színtérkonverziót és a HSL-színtérben történő küszöbözést, melynek során a markerszíneknek megfelelő bináris képek pixelei párhuzamosan állnak elő. Ezek a bináris képpontok azután egy közös használatú memóriaterületen keresztül kerülnek átadásra a beágyazott processzor számára, mely a további műveleteket a teljes képen végzi el. Mivel ezek az algoritmusok a már szín szerint szegmentált bináris képeket használják, ezért futási sebességük a kisebb teljesítményű beágyazott processzoron is megfelelő, így végrehajtásuk mellett a processzor képes a robot mozgásának irányítására is.

szerző

• 
  Péter Gábor
  villamosmérnöki
  nappali

konzulens

• 
  Kovács Gábor
  tanársegéd, Irányítástechnika és Informatika Tanszék

helyezés