本發(fā)明涉及一種融合壓縮圖像信息的倒立擺控制方法，特別一種融合壓縮圖像信息的是網(wǎng)絡化倒立擺控制方法，屬于機器視覺與自動控制技術領域。

背景技術：

倒立擺控制系統(tǒng)是一個復雜的、不穩(wěn)定的、非線性系統(tǒng)，是控制領域內(nèi)的經(jīng)典研究對象，是進行控制理論教學及開展各種控制算法研究的理想實驗平臺。通過對倒立擺的控制，可以用來檢驗新的控制方法是否具有較強的處理非線性和不穩(wěn)定性問題的能力。同時，其控制方法在軍工、航天、機器人和一般工業(yè)控制領域都有著廣泛的應用，如機器人行走過程中的平衡控制、火箭發(fā)射中的垂直度控制和衛(wèi)星飛行中的姿態(tài)控制等。

機器視覺是一項綜合技術，包括圖像處理、自動控制、電光源照明、光學成像、

傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術、計算機軟硬件技術。最基本的特點就是提高生產(chǎn)的靈活性和

自動化程度。隨著機器視覺的發(fā)展，使得視覺信息越來越多的被用于連續(xù)的反饋，在此基礎

上，提出了基于視覺的伺服控制形式。即利用機器視覺的原理，對視覺傳感器得到的圖像進

行快速處理得到視覺反饋信息，再由控制器得到控制輸入，最終使得被控對象得以控制。融

合視覺信息的倒立擺控制系統(tǒng)是一個典型的視覺伺服控制系統(tǒng)。

計算機、通信、自動控制和儀器儀表等技術的發(fā)展和相互滲透, 傳感器、控制器

以及執(zhí)行器通過網(wǎng)絡形成閉環(huán)構成網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)，由于低成本、高靈活性及易安裝等諸多

優(yōu)點,NCSs已逐步應用于冶金、電站等領域。由于網(wǎng)絡引入到控制系統(tǒng)中，而網(wǎng)絡帶寬有限

給控制系統(tǒng)帶來了許多新的問題，如網(wǎng)絡誘導延時和數(shù)據(jù)丟包等。

隨著機器視覺與網(wǎng)絡控制技術等各領域研究的不斷的深入，學科之間的交叉融合

逐漸成為深入研究的重要方向和研究熱點。然而，眾所周知圖像傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大與網(wǎng)絡傳輸

帶寬有限的突出矛盾一直是相關領域研究者不可跨越的難點，目前相關的研究均采用數(shù)字仿

真的方式模擬網(wǎng)絡環(huán)境和圖像處理誤差和延時，然而數(shù)字仿真終究無法代替實際控制系統(tǒng)，

數(shù)字仿真不可能完全反映實際控制系統(tǒng)，所以本發(fā)明提出了一種融合壓縮圖像信息的倒立擺

網(wǎng)絡控制方法，旨在為機器視覺與網(wǎng)絡控制理論研究者提供一個實際的驗證平臺。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決以上諸多問題，本發(fā)明的目的在于提供一種融合壓縮圖像信息的網(wǎng)絡化倒立擺控制方法，可為機器視覺與網(wǎng)絡控制理論研究者提供一個實際的驗證平臺。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種融合壓縮圖像信息的網(wǎng)絡化倒立擺控制方法，在本地服務器端安裝一臺工業(yè)相機(1)用于倒立擺(2)運動圖像的實時采集，一臺圖像壓縮單元PC機(3)中嵌入OpenCV機器視覺庫，用于對采集到的圖像進行采樣壓縮，遠程客戶端以C/S的方式與本地服務器端交互，一臺遠程客戶端PC機(4)對接收到的壓縮圖像進行解壓縮處理，利用OpenCV機器視覺庫中相關圖像處理函數(shù)對解壓后的圖像進行一系列的圖像處理操作以便獲取倒立擺(2)小車與擺桿的特征點進而獲取狀態(tài)信息，遠程客戶端PC機(4)將獲取的狀態(tài)信息經(jīng)過網(wǎng)絡發(fā)送到一臺本地服務器端PC機(5)，本地服務器端PC機(5)內(nèi)部嵌入運動控制卡，運動控制卡根據(jù)接收的狀態(tài)信息計算出相應的控制量并發(fā)送給一個電控箱(6)，電控箱(6)內(nèi)部伺服驅動器按照控制量大小直接驅動一個伺服電機(7)轉動，帶動倒立擺(2)小車在滑軌上來回自由運動，達到倒立擺(1)穩(wěn)定的目的，實現(xiàn)融合視覺采樣信息的網(wǎng)絡化倒立擺控制。

所述的工業(yè)相機是一種高幀率單色相機，為了滿足倒立擺(2)系統(tǒng)實時性要求，工業(yè)相機(1)幀率要求在60FPS以上。

所述的圖像壓縮單元PC機(3)是一臺配置OpenCV計算機視覺庫和Microsoft Visual Studio開發(fā)環(huán)境的本地計算機，其中OpenCV可以被其他任何計算機視覺庫代替，只要是可以實現(xiàn)圖像壓縮功能即可。

所述的圖像壓縮目的在于不顯著影響所需圖像特征信息的前提下，降低數(shù)據(jù)傳輸量，減少網(wǎng)絡負載，不局限于某種方法，只要實現(xiàn)圖像壓縮功能即可。

所述遠程客戶端以C/S的方式遠程訪問本地服務器端時，先要獲得本地服務器端的操作權限，從而使遠程客戶端PC機(4)能夠獲取圖像單元PC機(3)中的壓縮圖像，同時將狀態(tài)信息發(fā)送到本地服務器端PC機(5)。

所述遠程客戶端以C/S的方式遠程訪問本地服務器端時，在遠程客戶端PC機(4)界面上采用IP地址和端口號的形式取得圖像單元PC機(3)和本地服務器端PC機(5)的操作權限。

所述的遠程客戶端PC機(4)對接收到的壓縮圖像進行解壓縮處理，并對解壓后的圖像進行一系列的圖像處理操作以便獲取小車與擺桿的特征點進而獲取狀態(tài)信息。

所述的本地服務器端PC機(5)內(nèi)部嵌入運動控制卡，運動控制卡用以實現(xiàn)各種控

制算法。

所述本地服務器端PC機(5)獲取小車與擺桿的實時狀態(tài)信息后，采用控制算法計算出對應的控制量，其中控制算法不局限于運動控制卡內(nèi)部已經(jīng)實現(xiàn)的LQR、PID控制算法，可自定義各種算法，只要可以實現(xiàn)倒立擺穩(wěn)定控制即可。

所述的電控箱(6)內(nèi)部嵌入伺服驅動器和端子板，伺服驅動器用以對運動控制卡。下發(fā)給伺服電機(7)的信號進行驅動，端子板用來轉接運動控制卡的相關控制信號。

所述的電控箱(6)內(nèi)部伺服驅動器驅動伺服電機(7)轉動，帶動小車在滑軌上來回自由運動達到倒立擺(2)穩(wěn)定的目的。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點：本發(fā)明采用機器視覺和網(wǎng)絡控制相關技術有效的實現(xiàn)了融合視覺信息的網(wǎng)絡化倒立擺的控制。特別是針對其中的圖像傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大與網(wǎng)絡傳輸帶寬有限的突出矛盾，本發(fā)明提出了采用圖像壓縮的方式降低了圖像傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，減小了通信延時與負載延。為當前機器視覺與網(wǎng)絡控制領域的研究者提供了一個有效的實際平臺。

附圖說明

圖1融合壓縮圖像信息的倒立擺網(wǎng)絡控制控制框圖。

圖2本發(fā)明的服務器端系統(tǒng)流程圖。

圖3本發(fā)明的客戶端系統(tǒng)流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合附圖詳述如下：

實施例一：

如圖1所示，一種融合壓縮圖像信息的網(wǎng)絡化倒立擺控制方法，其特征在于操

作步驟如下：在本地服務器端安裝一臺工業(yè)相機(1)用于倒立擺(2)運動圖像的實時采集，圖像壓縮單元PC機(3)中嵌入OpenCV機器視覺庫，用于對采集到的圖像進行采樣壓縮，遠程客戶端以C/S的方式與本地服務器端交互，遠程客戶端PC機(4)對接收到的壓縮圖像進行解壓縮處理，利用OpenCV機器視覺庫中相關圖像處理函數(shù)對解壓后的圖像進行一系列的圖像處理操作以便獲取倒立擺(2)小車與擺桿的特征點進而獲取狀態(tài)信息，遠程客戶端PC機(4)將獲取的狀態(tài)信息經(jīng)過網(wǎng)絡發(fā)送到本地服務器端PC機(5)，本地服務器端PC機(5)內(nèi)部嵌入運動控制卡，運動控制卡根據(jù)接收的狀態(tài)信息計算出相應的控制量并發(fā)送給電控箱(6)，電控箱(6)內(nèi)部伺服驅動器按照控制量大小直接驅動伺服電機(7)轉動，帶動倒立擺(2)小車在滑軌上來回自由運動，達到倒立擺(2)穩(wěn)定的目的，實現(xiàn)融合視覺采樣信息的網(wǎng)絡化倒立擺控制。

實施例二：

本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下：參見圖1-圖3，

所述的工業(yè)相機是一種高幀率單色相機，為了滿足倒立擺(2)系統(tǒng)實時性要求，工業(yè)相機

(1)幀率要求在60FPS以上。

所述的圖像壓縮單元PC機(3)是一臺配置OpenCV計算機視覺庫和Microsoft Visual Studio開發(fā)環(huán)境的本地計算機，其中OpenCV可以被其他任何計算機視覺庫代替，只要是可以實現(xiàn)圖像壓縮功能即可。

所述的圖像壓縮目的在于不顯著影響所需圖像特征信息的前提下，降低數(shù)據(jù)傳輸量，減少網(wǎng)絡負載，不局限于某種方法，只要實現(xiàn)圖像壓縮功能即可。

所述遠程客戶端以C/S的方式遠程訪問本地服務器端時，先要獲得本地服務器端的操作權限，從而使遠程客戶端PC機(4)能夠獲取圖像單元PC機(3)中的壓縮圖像，同時將狀態(tài)信息發(fā)送到本地服務器端PC機(5)。

所述遠程客戶端以C/S的方式遠程訪問本地服務器端時，在遠程客戶端PC機(4)界面上采用IP地址和端口號的形式取得圖像單元PC機(3)和本地服務器端PC機(5)的操作權限。

所述的遠程客戶端PC機(4)對接收到的壓縮圖像進行解壓縮處理，并對解壓后的圖像進行一系列的圖像處理操作以便獲取小車與擺桿的特征點進而獲取狀態(tài)信息。

所述的本地服務器端PC機(5)內(nèi)部嵌入運動控制卡，運動控制卡用以實現(xiàn)各種控制算法。

所述本地服務器端PC機(5)獲取小車與擺桿的實時狀態(tài)信息后，采用控制算法計算出對應的控制量，其中控制算法不局限于運動控制卡內(nèi)部已經(jīng)實現(xiàn)的LQR、PID控制算法，可自定義各種算法，只要可以實現(xiàn)倒立擺穩(wěn)定控制即可。

所述的電控箱(6)內(nèi)部嵌入伺服驅動器和端子板，伺服驅動器用以對運動控制卡下發(fā)給伺服電機(7)的信號進行驅動，端子板用來轉接運動控制卡的相關控制信號。

所述的電控箱(6)內(nèi)部伺服驅動器驅動伺服電機(7)轉動，帶動小車在滑軌上來回自由運動達到倒立擺(2)穩(wěn)定的目的。