[發(fā)明專利]基于ARM系統(tǒng)的多孔徑快速拼接成像控制系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210541036.5
• 申請(qǐng)日: 2022-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114995219A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林忠麟;劉文超;黃峰;莊嘉權(quán);甘錦裕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學(xué)俊

1.一種基于ARM系統(tǒng)的多孔徑快速拼接成像控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：上位機(jī)、ARM控制器、JTAG/SWD通信接口、USART串口通信模塊、多路電源轉(zhuǎn)換模塊、N路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、N路步進(jìn)電機(jī)、M孔徑相機(jī)、棱鏡旋轉(zhuǎn)同步模塊和圖像處理模塊；

所述上位機(jī)通過(guò)USART串口通訊模塊向ARM控制器發(fā)送控制信號(hào)；

所述JTAG/SWD通信接口模塊用于將控制程序代碼燒錄到ARM控制器；

所述ARM控制器作為控制系統(tǒng)的主控單元，用于接收和處理上位機(jī)所發(fā)送的控制信號(hào)，并發(fā)送脈沖控制信號(hào)至N路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

所述N路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)至N路步進(jìn)電機(jī)，對(duì)N路步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，其中，N路步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)模塊與M孔徑相機(jī)相連，每?jī)陕凡竭M(jìn)電機(jī)對(duì)應(yīng)控制一組旋轉(zhuǎn)雙棱鏡孔徑，以實(shí)現(xiàn)N路步進(jìn)電機(jī)對(duì)M孔徑相機(jī)的控制；

所述多路電源轉(zhuǎn)換模塊與N路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連，用于將24V開(kāi)關(guān)電源輸入轉(zhuǎn)換成12V的電源輸出，從而為N路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊提供N路單獨(dú)的12V電源，為N路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中的N路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供電；

所述棱鏡旋轉(zhuǎn)同步模塊用于執(zhí)行獲取棱鏡角度，計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)間，確定電機(jī)速度、棱鏡同步到位的過(guò)程；

所述圖像處理模塊使用圖像拼接技術(shù)將多孔徑相機(jī)采集到的圖像信息進(jìn)行集中處理，并進(jìn)行圖像輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM系統(tǒng)的多孔徑快速拼接成像控制系統(tǒng)，其特征在于：所述ARM控制器通過(guò)控制N路電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)M孔徑相機(jī)進(jìn)行控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM系統(tǒng)的多孔徑快速拼接成像控制系統(tǒng)，其特征在于：所述ARM控制器連接有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，包括任務(wù)建模、任務(wù)管理、任務(wù)調(diào)度三個(gè)部分：

所述任務(wù)建模部分用于進(jìn)行多任務(wù)創(chuàng)建，任務(wù)包括：系統(tǒng)初始化任務(wù)、串口通訊任務(wù)、棱鏡位置獲取任務(wù)、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)任務(wù)、電機(jī)速度確定任務(wù)、圖像采集任務(wù)和圖像信息處理任務(wù)；

所述任務(wù)管理部分用于對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的多個(gè)任務(wù)設(shè)置為運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)、阻塞態(tài)、掛起態(tài)四個(gè)狀態(tài)從而進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，并對(duì)多個(gè)任務(wù)設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)以確定任務(wù)的執(zhí)行時(shí)序；

所述任務(wù)調(diào)度部分用于：首先查找任務(wù)堆棧中優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)不同的任務(wù)，在主程序循環(huán)的基礎(chǔ)上，通過(guò)中斷保證最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行；其次對(duì)當(dāng)前任務(wù)的堆棧進(jìn)行初始化，進(jìn)入等待接收指令狀態(tài)；最后，當(dāng)接收到指令后進(jìn)行決策，進(jìn)而開(kāi)始執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)；在任務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中，如果有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)需要執(zhí)行，中斷當(dāng)前任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)；不同的任務(wù)可在運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)、阻塞態(tài)和掛起態(tài)四個(gè)不同任務(wù)狀態(tài)之間的進(jìn)行切換。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM系統(tǒng)的多孔徑快速拼接成像控制系統(tǒng)，其特征在于：所述棱鏡旋轉(zhuǎn)同步模塊的工作過(guò)程包括以下步驟：

步驟A1：上電初始化；

步驟A2：所述ARM控制器對(duì)棱鏡位置獲取任務(wù)進(jìn)行調(diào)控：首先，設(shè)置棱鏡位置獲取任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；其次，設(shè)置任務(wù)堆棧并進(jìn)行初始化；最后，分別獲取當(dāng)前每個(gè)棱鏡的角度值和所需要旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置的角度值；

步驟A3：所述ARM控制器對(duì)電機(jī)速度確定任務(wù)進(jìn)行調(diào)控：首先，設(shè)置電機(jī)速度確定任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；其次，設(shè)置任務(wù)堆棧并進(jìn)行初始化；根據(jù)步驟A2中獲取的當(dāng)前和目標(biāo)棱鏡角度值，分別計(jì)算出每個(gè)步進(jìn)電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)的角度，進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)所需要的時(shí)間；最后，根據(jù)每個(gè)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)所需時(shí)間，利用擇優(yōu)算法選擇一個(gè)最優(yōu)的時(shí)間t，并根據(jù)時(shí)間t，重新計(jì)算出每個(gè)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度；

步驟A4：所述ARM控制器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)任務(wù)進(jìn)行調(diào)控，首先設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；其次，設(shè)置任務(wù)堆棧并進(jìn)行初始化；最后，接收到步驟A3 中重新計(jì)算的每個(gè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)指令后，所有步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)所有的棱鏡同步旋轉(zhuǎn)到位。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM系統(tǒng)的多孔徑快速拼接成像控制系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像處理模塊的工作過(guò)程包括以下步驟：

步驟B1：利用M孔徑相機(jī)采集一定序列的圖像數(shù)據(jù)，且局部序列圖象之間存在重疊區(qū)域；

步驟B2：對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理；

步驟B3：采用基于SURF算法的特征匹配方式進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，在不同的圖像間找到對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而將圖像變化到同一坐標(biāo)系；

步驟B4：圖像匹配完成后得到兩幅圖像像素點(diǎn)的映射關(guān)系，根據(jù)點(diǎn)的關(guān)系獲得圖像變換關(guān)系，即計(jì)算圖像空間變換模型參數(shù)；將兩幅圖像投影到同一平面后，依據(jù)重疊區(qū)域進(jìn)行拼接，并對(duì)拼接處進(jìn)行融合處理；

步驟B5：重復(fù)步驟B4和步驟B5 ，對(duì)M幅圖像進(jìn)行圖像拼接，最終輸出M幅圖像拼接到一起的全景圖像。