基于機器視覺的球桿控制系統(tǒng)設計.pdf

1、球桿控制系統(tǒng)是典型的自動控制系統(tǒng)實驗平臺，是進行控制策略研究的重要手段和工具。然而現(xiàn)有的大多數(shù)球桿控制系統(tǒng)存在接觸式傳感器易于磨損、制作有一定難度、成本昂貴等問題，因此本課題提出了采用攝像頭來檢測小球位置的方案，設計了一種基于嵌入式機器視覺的球桿控制系統(tǒng)，不僅成本低、制作簡單，同時能夠為學習與研究控制理論、計算機檢測與控制、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理技術等專業(yè)課程提供實驗平臺。
　　本文首先對該球桿控制系統(tǒng)建模，得到數(shù)學模型后運用P

2、ID控制算法和迭代學習控制算法對該模型進行仿真對比。其次詳細地描述了嵌入式視覺處理系統(tǒng)的硬件組成，并在硬件平臺上搭建嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境，包括U-boot、Linux內(nèi)核的編譯、根文件系統(tǒng)的制作以及Tslib、Qt和OpenCV的移植。最后對球桿控制系統(tǒng)軟件進行詳細設計，包括以下幾個部分：視頻采集模塊，采用V4L2提供的API接口來完成視頻數(shù)據(jù)采集；圖像預處理模塊，主要分為YUV數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成RGB數(shù)據(jù)流，設置ROI區(qū)域、彩色圖像二值化、消

3、除孤立噪聲；特征提取模塊，根據(jù)二值化結果利用連通區(qū)域算法縮小球坐標范圍，并用霍夫圓變換擬合出小球質(zhì)心坐標；系統(tǒng)控制模塊，利用迭代學習控制算法控制舵機轉(zhuǎn)動實現(xiàn)小球定位。
　　本系統(tǒng)選用TI的AM3358作為核心處理器，通過USB攝像頭實時獲取小球圖像，利用OpenCV對圖像進行處理來提取小球位置坐標，并用Qt圖形界面來實時顯示圖像處理過程，最后根據(jù)反饋的位置信息利用迭代學習算法控制舵機來實現(xiàn)小球準確定位。在Linux操作系統(tǒng)下，利用