摘要：為實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚比賽中魚體的自主信號(hào)采集與處理、自動(dòng)探測(cè)前方目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)水下自主避障等控制功能，文中設(shè)計(jì)了基于數(shù)字信號(hào)處理器TMS320DM355、水下攝像機(jī)KM-273CW以及SAA7111A增強(qiáng)型視頻輸入處理器等構(gòu)成的可實(shí)現(xiàn)魚體自主避障功能的水下機(jī)器魚控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)還具有信息傳輸功能，可以將水下的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨渡希岳谟^察人員研究水下環(huán)境。
關(guān)鍵詞：自主運(yùn)動(dòng)控制；水下視頻采集；水下機(jī)器；TMS320DM355；SAA7111A

0 引言
在傳統(tǒng)的機(jī)器魚比賽中，魚體的運(yùn)動(dòng)控制功能是依靠比賽場(chǎng)地上方的攝像頭采集數(shù)據(jù)，然后將其發(fā)向主機(jī)，由主機(jī)完成數(shù)據(jù)的處理，并將結(jié)果發(fā)給魚體內(nèi)部的處理器，從而完成避障等運(yùn)動(dòng)控制功能。但這種方案存在諸多問(wèn)題，首先，不能體現(xiàn)魚體運(yùn)動(dòng)和控制的自主性；其次，采集數(shù)據(jù)時(shí)占用了主機(jī)的資源，同時(shí)主機(jī)發(fā)給魚體的信號(hào)也較容易受外界信號(hào)的干擾；最后，對(duì)于水下機(jī)器魚的現(xiàn)實(shí)實(shí)用性較差。綜合以上，本文設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)方案，即在魚體內(nèi)部嵌入可應(yīng)用于水下的攝像頭KM-273CW，通過(guò)采集視頻信號(hào)，并經(jīng)過(guò)視頻輸入處理器SAA7111A的處理，將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并送入TMS320DM355中進(jìn)行分析處理，之后根據(jù)處理的結(jié)果調(diào)用程序去實(shí)現(xiàn)魚體的自主避障及其他運(yùn)動(dòng)功能，從而實(shí)現(xiàn)魚體的自主運(yùn)動(dòng)控制。

1 TMS320DM355芯片介紹
TMS320DM355數(shù)字媒體處理器最大的特色就是有專用的視頻圖像子系統(tǒng)VPSS，用于處理視頻數(shù)據(jù)，其視頻處理子系統(tǒng)VPSS包括視頻前端輸入接口VPFE和視頻末端輸出接口VPBE，視頻前端輸入接口用于接收外部傳感器或視頻譯碼器等輸入的圖像信息，視頻末端輸出接口輸出圖像到顯示屏顯示。其中視頻前端輸入(VPFE)接口是由CCD控制器，硬件圖像信號(hào)處理器-圖像通道IP-IPE模塊，自動(dòng)曝光／白平衡／聚焦模塊H3A和寄存器組成。CCD控制器可與視頻解碼器、CMOS傳感器或電荷耦合裝置連接；IPIPE是實(shí)時(shí)硬件圖形處理器，用于實(shí)時(shí)圖像處理，它把從CMOS／CCD得到的原始圖形轉(zhuǎn)換為國(guó)際電信聯(lián)盟ITU數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)BT．60I／BT．656的8／16位數(shù)字YCbCr4：2：2。視頻解碼器以54．MHz的速率進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，提供NTSC／PAL等格式的視頻或音頻輸出。同時(shí)該器件還具有8／16位YCC到18位RGB666數(shù)字輸出；ITU數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)BT．
601／BT．656的8／16位數(shù)字YCbCr4：2：2。通過(guò)緩存邏輯與TMS320DM355的DDR2／mDDR片上控制器相連，便于訪問(wèn)存儲(chǔ)器，向存儲(chǔ)器存儲(chǔ)由攝像頭采集并經(jīng)VPFE處理的圖像信息，并將存儲(chǔ)的圖像信息通過(guò)VPBE輸出到顯示設(shè)備，因此可以很好的實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的接收、處理與輸出。
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是可自主運(yùn)動(dòng)的水器魚，視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊采用的是視頻輸入處理器，即用視頻A／D轉(zhuǎn)換芯片來(lái)完成視頻信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，方便后面的數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行分析、處理和控制。數(shù)字信號(hào)處理模塊的核心芯片是TMS320DM355。通過(guò)它可以將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊送入的數(shù)字信息進(jìn)行分析和處理。被控運(yùn)動(dòng)裝置模塊即是機(jī)器魚內(nèi)部的各個(gè)電機(jī)與舵機(jī)。通過(guò)接受數(shù)字信號(hào)處理模塊的各種控制信號(hào)完成機(jī)器魚的水下自主運(yùn)動(dòng)。信號(hào)傳輸、轉(zhuǎn)換及顯示模塊通過(guò)無(wú)線電傳輸系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)桨渡系慕邮苎b置，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換將水底的信息在主機(jī)上顯示，使岸上的觀察者也能了解機(jī)器魚水下運(yùn)動(dòng)的情況。