何雋

(江陰職業(yè)技術學院，江蘇無錫214405)

圖像裁剪技術在機器視覺系統(tǒng)中的應用*

何雋

(江陰職業(yè)技術學院，江蘇無錫214405)

“電力電纜故障檢測機器人”是一套基于Mini6410開發(fā)板開發(fā)設計的，電力公司用于監(jiān)測電纜坑道及電纜故障的產品，該產品的實時性不僅取決于硬件的性能，還依賴于圖像傳輸?shù)乃俣?為了提高圖像傳輸?shù)乃俣?，將多媒體技術中的圖像裁剪技術應用于圖像的后期處理中，在不影響圖像質量的前提下，減小圖像的存儲空間，從而提高該產品的實時性.

Mini6410;WiFi;S3C6410;USB攝像頭;圖像裁剪

目前電力公司在鋪設地下電纜前在坑道內鋪以不少于100mm的軟土或砂層，然后檢查軟土或砂層的表面是否達到鋪設電纜的要求，例如檢查是否存在尖角砂石，是否有巨石等等情況.目前這些工作均是人工完成的，由于鋪設的坑道比較狹小，給檢查工作帶來了的一定的難度;當對埋在地下的電纜進行檢查或者是對出現(xiàn)破損的電纜進行故障排除時，人進入狹小的電纜坑道檢查電纜是無法實現(xiàn)的.

為了解決以上問題，用于電力電纜故障檢測的機器人應運而生，該機器人能夠代替人在電纜坑道內運動，快速地將電纜坑道內的環(huán)境，如電纜表面的情形，以及坑道內砂石的鋪放情形，拍攝成圖像，并通過無線WiFi［1］傳送給地面上的操作人員;操作人員可以通過機器人傳送回來的圖像，判斷坑道是否滿足鋪設電纜的條件或者定位破損電纜出現(xiàn)在何處.

“電力電纜故障檢測的機器人”要實時將圖像傳送給操作人員，讓操作人員第一時間得到地下坑道內的情況，根據(jù)機器人回傳的圖像做出及時的處理.實時性是該產品的一個重要性能指標，提高該產品的實時性，不僅依賴于硬件的性能，還決定于圖像的大小，在保證圖像質量的情況下，如何減小圖像的存儲空間成為研究的重點.

1 系統(tǒng)硬件設計

電力電纜故障檢測的機器人由兩部分構成，一部分是用于深入電纜坑道內進行圖像拍攝的“電力電纜故障檢測機器人”;一部分是用于遙控指揮機器人的控制臺.控制臺的主要功能是與“電力電纜故障檢測機器人”通信，向其發(fā)送運動指令和接收圖像并顯示.“電力電纜故障檢測機器人”應具備的功能是:

①能夠在電纜坑道內進行運動.

②采集清晰的視頻圖像.

③與控制臺進行通信，接收控制臺的指令.

④實時上傳視頻圖像.為了完成以上的功能，硬件的設計要解決的技術要點是:通信方式的選擇;運動機構的設計;圖像拍攝設備的選擇.如圖1所示，采用3個輪子的輪式運動機構，包括1個支撐輪和2個動力驅動輪［2］.運動裝置采用步進電機驅動.核心控制機構選用友善之臂的Mini6410開發(fā)板，鑒于以下兩點考慮，既支持WiFi通信又支持USB攝像頭.操作系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng).

圖1 機器人與控制臺硬件結構圖

Mini6410以ARM11芯片(三星S3C6410)作為主處理器的嵌入式核心板，帶有2路SDIO接口，其中SDIO0通常被用作普通SD卡使用;另一路SDIO接口通過CON11針座引出，該接口中還包含了1路SPI，2個GPIO，SD WiFi Module.為了達到良好的人機交互效果，本文選取一塊4.3寸、具有觸摸功能的LCD顯示屏，監(jiān)控人員不僅可以通過LCD屏查看當前系統(tǒng)的運行狀態(tài)，而且還可以向其發(fā)送控制指令;由于Mini6410開發(fā)板集成攝像頭模塊，支持CMOS攝像頭和USB攝像頭［3］，本文選取USB攝像頭作為圖像捕獲的設備.

2 圖像處理

“電力電纜故障檢測機器人”的攝像頭選擇的是中微星攝像頭(USB接口)，在Mini6410內核裁剪過程中，通過配置Multimedia device下的Video for Linux，讓內核支持 USB接口和 OV511芯片，對OV511芯片的驅動程序進行修改，既對kernel/driver/usb目錄下的OV511.c這個文件進行修改，用于設置攝像頭拍攝圖片的大小和拍攝圖像的格式［4］.根據(jù)本系統(tǒng)的應用環(huán)境，將圖片大小設置為320× 240，圖片格式設為JPEG格式.

圖2 圖像剪裁區(qū)域圖

為了實現(xiàn)圖像的實時傳送，提高網絡傳輸速度，必須在圖像傳輸之前對傳輸?shù)膱D像進行處理，如剪裁圖像，去除無用的部分.由于本系統(tǒng)的應用環(huán)境是電纜坑道內，攝像頭拍攝到的圖像有用的部分是電纜部分，而坑道周邊環(huán)境部分的圖像是無用的.如圖2所示，斜線標示的是無用的部分.經過對大量拍攝圖片的分析和實驗，裁剪標準為:高和寬均截取為原長度的2的指數(shù)倍.

控制臺圖形界面采用的是編程Qtopia/Qt4，對圖像的處理流程如圖3所示.攝像頭捕獲的圖像是320×240的JPEG格式的圖像.對這幅320×240的JPEG的圖像進行裁剪，得到新的圖像new Image，裁剪的原則是截取原長、寬的2的指數(shù)倍［5］，裁剪后的圖像為256×128的圖像.

圖3 圖像處理流程圖

由于一個JPEG文件中，不僅包含圖像的壓縮數(shù)據(jù)，還有文件的大小、色彩等信息，JPEG文件以數(shù)據(jù)段為單位來組織所有的文件內容.一個段的長度不大于65535，每個段是由段標識符、段長度和段內容組成的.JPEG文件格式使用MtorOla格式，對一個字的存儲而言，低字節(jié)存放的是高位數(shù)，高字節(jié)存放的是低位數(shù)，即高字節(jié)在前，低字節(jié)在后.段標識符又叫標記碼，標記碼由兩個字節(jié)構成，前一個字節(jié)是固定值OxFF，而第二個字節(jié)是非0字節(jié)和OxFF.每個標記之前還可以添加任意數(shù)目的OxFF填充字節(jié)［6］.

QImage圖像的數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位保存的，每一行的字節(jié)數(shù)必須是4的整數(shù)倍，不足的補0.W是圖像的寬度，bitcount是圖像的位深，即32、24等，計算得到的W是程序中圖像每行的字節(jié)數(shù).圖像格式包括 QImage::Format_RGB32，QImage::Format_ RGB888，QImage::Format_Indexed8.以行為單位，進行行拷貝，將image圖像相應的部分依次拷貝到ne－

3 實驗結果

攝像頭拍攝的原圖像，發(fā)送給客戶端，在Mini6410開發(fā)板上LCD觸摸屏上的顯示效果如圖4所示，圖片的大小為320×240，空間大小為12KB.

圖4 裁剪前的圖

經過以上方法，對圖像進行剪裁，圖像大小變?yōu)?56×128，空間大小變?yōu)?KB，顯示效果如圖5所示，雖然對圖像進行了剪裁，但是并不影響“電力電纜故障檢測機器人”檢測的效率，因為圖像中去掉的部分不包含有用的信息，是電纜的周邊環(huán)境信息.每幅圖像的空間大小減小4KB，大大提高了圖片發(fā)送的速度，提升了“電力電纜故障檢測機器人”的實時性，從而提高了該產品的性能可靠性.

圖5 裁剪后的圖

4 結束語

可靠性、穩(wěn)定性、實時性良好的“電力電纜故障檢測機器人”是電力企業(yè)的真正需要，由于嵌入式系統(tǒng)體積小、系統(tǒng)資源有限等特點，要盡量減小不必要的開銷.“電力電纜故障檢測機器人”是嵌入式系統(tǒng)在機器視覺方面的一個應用，在控制臺與機器人之間要大量地傳送圖像，因此減小圖像傳輸開銷，成為提高產品實時性、可靠穩(wěn)定性的一個重點.實驗驗證，經過對圖像進行裁剪，大大減小了圖像的空間大小，變?yōu)樵瓐D像的66.7%，大大提高了“電力電纜故障檢測機器人”的性能.

［1］龔若皓.基于嵌入式移動GPU的圖像編解碼并行優(yōu)化［D］.成都:西南交通大學，2015.

［2］譚苗苗.面向環(huán)境檢測的小型輪式機器人循跡控制研究［J］.機械工程師，2016(2).

［3］Tiny6410硬件手冊－20110805［R］.

［4］張歡慶.基于ARM處理器的嵌入式Linux系統(tǒng)關鍵技術研究［D］.濟南:山東師范大學，2013.

［5］李飛.基于移動終端的圖像文字識別系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)［D］.長春:長春工業(yè)大學，2015.

［6］劉小軍.基于WiFi無線視頻傳輸技術的研究［J］.電子技術，2012(10).

(責任編輯:王前)

TP39

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1008－7974(2016)06－0004－03

10.13877/j.cnki.cn22－1284.2016.12.002

2016－07－04

江蘇省現(xiàn)代服務業(yè)信息融合軟件工程技術研究開發(fā)中心項目“圖像識別技術在智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究”(SR－2013－01)

何雋，女，江蘇江陰人，講師.