視頻融合在遙操作機器人系統中的應用
加入技術(shù)交流群
1 系統總體結構
針對以上情況，本文提出采用建立標準坐標系使仿真機器人和反饋視頻在同一界面融合的方法，仿真模型預演作業(yè)任務(wù)而反饋視頻則跟蹤其軌跡進(jìn)行作業(yè)，通過(guò)兩者對比及時(shí)發(fā)現機器人作業(yè)情況，一旦越界違規立刻停止。操作者也能根據兩者的比較了解現場(chǎng)環(huán)境，如出現障礙物或機器人傷人事件時(shí)，立刻做出下一步命令以避免危險發(fā)生。系統總體結構如圖1所示。具體工作流程：攝像頭采集真實(shí)機器人的視頻數據傳送到服務(wù)器端圖像采集卡的靜態(tài)內存中對其進(jìn)行H.263壓縮，視頻數據壓縮后經(jīng)網(wǎng)絡(luò )傳輸送到客戶(hù)機端?？蛻?hù)機對數據進(jìn)行解壓、還原、顯示、在仿真模型界面顯示視頻使兩者融合，同時(shí)客戶(hù)機實(shí)現操作界面程序編寫(xiě)。操作界面包括視頻融合模塊、視頻處理模塊和控制模塊。視頻融合模塊對視頻進(jìn)行相應的坐標變換后使其同仿真機器人在一個(gè)界面上重合顯示。視頻處理模塊包括視頻放大、視頻縮小、視頻保存、打開(kāi)視頻、視頻截圖、存位圖、存JPEG圖、打開(kāi)位圖、打開(kāi)JPEG圖等功能。仿真三維立體模型采用3DSMAX建立，在OPENGL編程環(huán)境下對其進(jìn)行相應的繪制及控制。反饋視頻數據經(jīng)壓縮、傳輸、解壓、相應的坐標變換及比例縮放后在客戶(hù)端顯示。服務(wù)器完成視頻采集、壓縮、存儲、傳輸?？蛻?hù)機完成仿真模型控制、解壓、顯示視頻，以及對視頻進(jìn)行相應的放大、縮小、截圖、保存。由于網(wǎng)絡(luò )傳輸存在延時(shí)，而且這種延時(shí)除了傳輸指定距離所需的固定延時(shí)及指令執行延時(shí)外，還有一些隨機擾動(dòng)延時(shí)，如果這種延時(shí)不能夠及時(shí)發(fā)現，操作者根據視頻反饋會(huì )做出錯誤判斷。根據這種情況在客戶(hù)端繪制接收數據字節曲線(xiàn)，可形象直觀(guān)地觀(guān)察到網(wǎng)絡(luò )狀況對視頻傳輸的影響，如圖2所示。
控制模塊如圖3所示，包括每個(gè)關(guān)節的啟動(dòng)、停止按鈕、速度輸出及速度變量輸出顯示。
2 仿真模型建立及視頻融合實(shí)現
2.1 通信建立與視頻傳輸
網(wǎng)絡(luò )通信分為同步方式和異步方式。同步方式是發(fā)送方不等接收方響應，便接著(zhù)發(fā)下一個(gè)數據包的通信方式；異步方式是發(fā)送方發(fā)出數據后，等收到接收方發(fā)回的響應，才發(fā)下一個(gè)數據包的通信方式。本系統開(kāi)發(fā)的是客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)結構的軟件，該軟件是異步非阻塞模式。此模式的優(yōu)點(diǎn)是既可以同步執行，也可以重疊執行。圖像在網(wǎng)絡(luò )中傳輸時(shí)，不可避免地要牽涉到傳輸協(xié)議的問(wèn)題。TCP/IP是一組協(xié)議，其中底層的協(xié)議TCP和UDP對于圖像的傳輸起著(zhù)至關(guān)重要的作用。TCP是面向連接的，即在端與端的通信中，TCP協(xié)議建立一條端與端之間的虛電路。UDP是一種面向無(wú)連接的，它取消了重傳校驗機制，能夠達到很高的通信效率，很適合于可靠性要求不高的數據傳輸。由于本機器人系統對視頻的丟幀情況要求不高，故采用客戶(hù)/服務(wù)器模式的UDP協(xié)議方式。視頻傳輸采用UDP傳輸，建立Socket類(lèi)直接傳輸圖像數據，客戶(hù)端調用自寫(xiě)show函數在OPENGL編程環(huán)境下繪制反饋視頻，實(shí)現視頻再現。系統中，使用MFC來(lái)開(kāi)發(fā)通信程序及操作界面。這是因為MFC主要是基于窗口和文檔的應用軟件編程，它集成了大量的數據和方法，將許多煩瑣的任務(wù)，如應用程序初始化、文檔處理和磁盤(pán)I/O封裝起來(lái)，為使用者的編程帶來(lái)了巨大的方便。
評論