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研究生:陳昱良
研究生(外文):Yu-Liang Chen
論文名稱:使用BeagleBoard-xM完成機載影像處理之研究
論文名稱(外文):A Study on The Onboard Image Processing Using A BeagleBoard-xM
指導教授:蕭富元蕭富元引用關係
指導教授(外文):Fu-Yuen Hsiao 蕭富元
口試委員:馬德明蕭照焜
口試日期:2017-06-15
學位類別:碩士
校院名稱:淡江大學
系所名稱:航空太空工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:43
中文關鍵詞:BeagleBoard-xM即時影像處理安卓系統ARM+DSPOpenCV
外文關鍵詞:BeagleBoard-xMReal-time image processinAndroidARM+DSPOpenCV
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本論文主要探討使用DSP 來進行機載影像處理的相關技術,並且透過
BeagleBoard-xM 來具體落實此項研究。目前無人機上的影像導航功能,大多是將影像回傳至地面站,加以處理後,再以命令形式上傳至機載電腦。這種架構不僅會有傳輸時間延遲問題,也會造成影像資訊容易被雜訊影響。本論文探討利用DSP 直接在無人機上進行影像處理的相關技術,並使用BeagleBoard-xM 進行驗證。由於DSP 只有計算功能,進行機載影像導航還需要跟週邊設備如攝影機、天線等進行資料交換,所以需要一個CPU 與作業系統才能完成此項任務。本論文所選用的硬體BeagleBoard-xM 則採用ARM 搭配DSP,在此硬體架構上,本研究選用Android 作為作業系統,以及使用OpenCV 作為影像處理軟體。由於此架構尚未在Beagle Board 上實踐過,因此本論文主要貢獻在於將相關的軟、韌、硬體整合,並透過實驗驗證整合之後的系統運作狀況。本論文的研究成果,將來可以應用於無人機機載視訊導航。
This thesis investigates the technology of navigating an unmanned aerial vehicle (UAV) with an onboard computer-vision navigation system computed on a DSP. The BeagleBoard-xM is selected as the hardware in this research. Currently, the computer-vision navigation is mostly realized by transmitting the image to the ground station, computing the command, and uploading to the onboard computer. This structure not only causes the delay of information, but also increases the noise of the image. This thesis studies the technology of performing image processing using an onboard DSP on a UAV, and implement
the structure on the BeagleBoard-xM. Since a DSP only performs algorithm computation, a CPU along with a system software are is required to communicate with the peripherials, such as the camera and the attennas. In this thesis, we the BeagleBoard-xM as the hardware, which is equipped an ARM with a DSP. The Andoid is selected as the system software and OpenCV is selected as the platform to perform image processing. The integration of these hard-ware and softwares to implement them in the BeagleBoard-xM was not seen in the literature. As a result, our work offers the potential to apply DSP to the onboard computer-vision navigation of a UAV in the future.
目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
1 緒論 1
1.1 研究動機 . ............................. 1
1.2 文獻回顧 . ............................. 2
1.3 研究方法 . ............................. 2
1.4 章節安排 . ............................. 3
2 硬體與軟體架構介紹 4
2.1 嵌入式系統 . ............................ 4
2.2 硬體介紹 . ............................. 5
2.2.1 Beagleboard-xMRev.C . ................. 5
2.2.2 ARM 架構 . ........................ 6
2.2.3 DSP 架構 . ......................... 7
2.2.4 視訊攝影機 . ........................ 8
2.2.5 其他所需設備 . ....................... 10
2.3 軟體介紹 . ............................. 11
2.3.1 Linux . ........................... 11
2.3.2 Android . .......................... 12
2.3.3 AndroidSDKorAndroidNDK . ............. 13
2.3.4 ADB . ............................ 13
2.3.5 Eclipse . ........................... 14
2.3.6 OpenCV . .......................... 14
3 開發 Android 系統 15
3.1 設定 Ubuntu10.10 . ........................ 15
3.2 編譯 Android4.0.3 . ........................ 17
3.2.1 設定 Toolchain 路徑 . ................... 19
3.2.2 x-load . ........................... 19
3.2.3 uboot . ........................... 19
3.2.4 kernel . ........................... 20
3.2.5 AndroidFilesystem . .................... 20
3.3 編譯驅動 . ............................. 21
3.3.1 USBWebcam 驅動 . .................... 22
3.3.2 網路驅動設定 (包含 ADB、USB 網卡等) . ....... 24
3.4 參數設定 . ............................. 25
3.4.1 timings 設定 . ....................... 26
3.4.2 bootscript 參數設定 . ................... 27
3.5 燒入 SD 卡 . ............................ 27
4 影像處理開發 29
4.1 設定 OpenCV 開發環境 . ..................... 29
4.1.1 設定 Eclipse . ........................ 31
4.1.2 AndroidSDK 與 NDK 設定 . ............... 32
4.1.3 OpenCV 匯入與編譯 . ................... 34
4.1.4 ADB 與 BeagleBoard-xM 連線 . ............. 37
4.2 使用 OpenCV 執行 . ........................ 38
5 結論 40
5.1 結論 . ................................ 40
5.2 未來發展 . ............................. 40
6 參考文獻 42
圖目錄
2.1 嵌入式系統相關應用[14] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 BeagleBoard-xM 實體及說明圖[9] . . . . . . . . . . . 6
2.3 DM3730 架構圖[15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 羅技網路攝影機C525[16] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 設備圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.6 軟體應用與相互關係. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.7 Android 4.0 ICS[17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.8 eclipse logo[18] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1 VMware Player . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 終端機初始介面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3 開發Android 流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 kernel 功能設定之起始畫面. . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5 android camera HAL[17] . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.6 V4L2 Driver Command Line Arguments[4] . . . . 26
3.7 初始畫面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.8 系統首頁. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.1 軟體整合[19] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2 設計OpenCV 影像處理流程圖. . . . . . . . . . . . . . .30
4.3 ADT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.4 ADT install . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5 Android SDK Manager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.6 Android NDK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.7 Import OpenCV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.8 Other . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.9 C/C++ build . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.10 NDK build . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.11 minicom 設定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.12 OpenCV app . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.13 結果其一. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.14 結果其二. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
表目錄
2.1 BeagleBoard-xM 的硬體規格[9] . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 ARM 特色[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 DSP 核心架構[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 羅技C525 特色[16] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 其他設備清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
參考文獻
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[18] Eclipse, https://www.eclipse.org/home/index.php
[19] SensoVision Systems, http://blog.sensoviz.com/opencv-with-android-
studio/
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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