IV Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Cụng nghệ thụng tin (24 25/12/2001)
a. Mụ tả kỹ thuật của hệ thống VICON
Hệ thống VICON bao gồm các modul phần cứng chính, đó là bệ quay pan/tilt 2 bậc tự do gắn camera CCD và một thiết bị điều khiển có cấu hình mạnh, nhằm mục đích tính toán xử lí tín hiệu và ghép nối với ngoại vi.
Chỉ tiêu kỹ thuật của các thành phần trong hệ thống VICON.
• Video Camera.
Video Camera đ−ợc sử dụng trong hệ thống VICON là CV-M50, chế độ monochrome, hoạt động theo nguyên lý CCD. Camera do hãng JAI Corporation chế tạo.
Các đặc tr−ng chủ yếu:
- Loại CCD sensor với độ phân giải 768(h) x 494(v) pixels theo tiêu chuẩn EIA.
Thiết bị điều khiển PPC-64T Pentium 800MHz 512MB SDRAM Card Số hoá ảnh FrameLocker Ethernet
Hỡnh 18: Sơ đồ khối của hệ VICON
Ngoại vi VideoCamera CV-M50 PC/104 Khối nguồn AC/DC Robot Pan/Tilt PTU-46-70W Pan-Tilt Controller (model PTU-C) RS232
- Độ nhạy cao, độ sáng tối thiểu 0.05 lx. - Kích th−ớc một pixels 8.4(h) x 9.8(v) àm - Tín hiệu ra video 25 hình/s.
- Kiểu thấu kính C-mount.
- Hệ số khuếch đại có thể thay đổi manual/auto. - Kích th−ớc 40 x 50 x 80 mm
- Trọng l−ợng 245 g. - Nguồn 12VDC ±10%
- Kích th−ớc : 40 x 50 x 80 mm (H x W x D).
• Card số hoá ảnh.
Card số hoá ảnh video thu đ−ợc từ camera FrameLocker theo chuẩn PC/104 của hãng Ajeco Inc. Đây là card xử lí ảnh monochrome, 2 đầu vào video, phù hợp cho các ứng dụng nhúng, các ứng dụng về hệ theo dõi giám sát và các hệ xử lí ảnh khác. Tốc độ số hoá ảnh theo thời gian thực với 25 frames ảnh một giây. Sử dụng phần mềm có thể thay đổi đ−ợc các đặc tính của ảnh về độ sáng, độ t−ơng phản, hệ số khuếch đại và độ phân giải của ảnh. Hình 4 là sơ đồ ghép nối và chân tín hiệu của card.
Các đặc tr−ng khác của card FrameLocker: - 2 tín hiệu vào video chuẩn NTSC hoặc PAL. - Bộ chuyển đổi 8 bit.
- Độ phân giải cực đại 768 x 576 pixels. - Bộ nhớ ảnh 512 KB.
- Nguồn cung cấp 5V±5%.
• Hệ Robot Pan/tilt.
Bệ quay Pan/Tilt PTU-46-70W là robot hai bậc tự do do hãng Directed Perception chế tạo cho phép điều khiển chính xác và nhanh chóng vị trí, tốc độ và gia tốc. Robot có thể quay đồng thời theo hai h−ớng pan và tilt với độ chính xác cao.
Các thành phần của hệ Robot: - Pan-Tilt Unit.
- Pan-Tilt Controller. - Pan-Tilt Cable.
- AC/DC Power Supply. Một số đặc tr−ng của hệ Robot:
- Điều khiển bằng máy tính qua giao diện RS232. - Tốc độ quay 600/s.
- Độ chính xác về góc 0.01290. - Tải trọng đặt lên robot 6 lbs.
- Điều khiển chính xác tốc độ, vị trí, gia tốc. - Giới hạn góc quay ph−ơng vị -1590 – +1580. - Giới hạn góc quay tà -300 – +410.
- Thay đổi tốc độ và vị trí khi đang hoạt động.
- Nguồn 1 chiều cung cấp cho Robot theo nh− hình vẽ:
Modul Pan-Tilt đ−ợc nối với bộ điều khiển Pan-Tilt Controller. Nguồn cung cấp cho bộ điều khiển có thể đ−ợc lấy từ nguồn một chiều của modul PTU. Bộ điều khiển nhận lệnh từ máy tính qua cổng RS232 để điều khiển Pan-Tilt Unit. Một bộ điều khiển pan-tilt có thể nối đến các bộ điều khiển khác thông qua mạng RS-485 sao cho một cổng RS232 duy nhất có thể điều khiển đ−ợc nhiều thiết bị Pan-Tilt Unit.
• Thiết bị điều khiển của hệ VICON.
Thiết bị điều khiển, xử lý số liệu, ghép nối với ngoại vi là một máy tính điều khiển cấu hình Pentium III, có tốc độ 800MHz. Thiết bị điều khiển sử dụng máy tính PPC-64T theo chuẩn PC/104, có giao diện màn hình tinh thể lỏng do hãng Nagasaki IPC Technology chế tạo. Thiết bị có đặc điểm nhỏ gọn, dễ sử dụng, dễ dàng kết nối qua mạng Ethernet và các ngoại vi khác thông qua nhiều cổng vào ra. Thiết bị này phù hợp với yêu cầu của hệ thống về tốc độ xử lí, khả năng ghép nối điều khiển.
Một số đặc tính kỹ thuật chủ yếu của máy tính PPC-64T: - Kích th−ớc: 224 x 171 x 80.5 cm
- CPU Pentium III tốc độ 800MHz onboard - Nguồn cung cấp cho CPU 5 Watt.
- Bộ nhớ tối đa 512MB PC133 SDRAM onboard - ổ cứng (20GB).
- Card màn hình 3D onboard tốc độ cao, dung l−ợng bộ nhớ 32MB. - Card giao diện Enthernet Realtek 3189C, kết nối tốc độ 10/100Mbps. - Cổng nối tiếp: 4 cổng COM
3 x RS232 + 1 x RS232/RS422/RS485 - Hai cổng USB
- Một cổng song song LPT
- Cổng chuẩn 40 chân IDE và nguồn để nối với CD-ROM - Nhiệt độ hoạt động 0 - 550C.
Hình 19. Robot Pan-Tilt và bệ đỡ
Kích th−ớc của Robot và bệ đỡ: 260 x 300 x 300 mm (H x W x D) Trọng l−ợng: khoảng 5 Kg.
Phần mềm của hệ thống VICON
Cấu trúc phần mềm của thiết bị VICON đ−ợc biểu diễn thông qua sơ đồ hệ thống nh−
trình bày trên hình 21.
Hình 21. Sơ đồ phần mềm hệ thống điều khiển VICON.
Phần mềm của hệ thống bám mục tiêu di động bao gồm hai phần chủ yếu, đó là phần điều khiển robot và phần xử lý ảnh cũng nh− nhận dạng đối t−ợng.
a) Điều khiển robot theo vị trí của đối t−ợng trên ảnh thu đ−ợc:
Ph−ơng pháp điều khiển theo vị trí dựa trên đặc tính động học của robot đã đ−ợc trình bày nh− phần cơ sở lý thuyết. Các kết quả đ−ợc tóm tắt nh− sau:
⎟⎟⎠ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = λ φ xp arctan
( )
⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = φ λ θ arctan yp costrong đó φ và θ là góc quay pan và tilt mà robot cần phải thực hiện, sao cho sau khi quay ảnh của mục tiêu ở chính giữa mặt phẳng ảnh.
Ph−ơng pháp điều khiển này làm hệ thống trở nên phản ứng chậm, hệ thống bị giật trong quá trình bám. Ph−ơng pháp này chỉ đạt hiệu quả khi mục tiêu đứng yên hoặc chuyển động chậm. Ch−ơng trình điều khiển đ−ợc giới thiệu trong phần phụ lục.
Image Processing Camera Pan/tilt Recognition Prediction & Adaptation buffer Control Target location desire
b) Điều khiển robot theo tốc độ di chuyển của ảnh đối t−ợng:
Điều khiển theo tốc độ di chuyển của ảnh căn cứ vào kết quả của lần xử lý ảnh tr−ớc đó, kết hợp với lần xử lý ảnh hiện tại và kết quả dự báo của lần xử lý ảnh tiếp theo. L−u đồ để đ−a ra tín hiệu điều khiển theo tốc độ của robot nh− hình 12.
Hình 12. L−u đồ tính vận tốc đặt vào robot.
Ch−ơng trình thực hiện điều khiển theo tốc độ di chuyển của mục tiêu đ−ợc giới thiệu trong phần phụ lục.
