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
[1] 樊人鳳, 應用異質雙核心系統於影像處理, 淡江大學碩士論文, 新北市,2013.
[2] 陳俊吉, 異質雙核心系統為平台進行影像是即實目標辨識與追蹤, 淡江大學碩士論文, 新北市, 2014.
[3] 楊秉勳, 在嵌入式作業系統 Android 中實現機器人的影像辨識應用, 國立
雲林科技大學碩士論文, 雲林縣, 2013.
[4] 張翊帆、林盈達、張尚揚, Android系統開發流程-BeagleBoard開發板之
移植, 國立交通大學資訊科學系, 新竹市,2012.
[5] 坂本俊之、出村成和、渡邊昌之, 基礎から学ぶ組み込み Android, シーアンドアール研究所, 日本東京,2011
[6] LinuxUVC ,http://www.ideasonboard.org/uvc/devices.
[7] Index ofubuntu ,http://old-releases.ubuntu.com/ubuntu.
[8] Android 4.0.3 ,http://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/tii/TI_ Android_DevKit/TI_Android_ICS_4_0_3_DevKit_3_0_ 0/exports/TI-Android-ICS-4.0.3_AM37x_3.0.0.bin
[9] BeagleboardTW 台 灣使用者社群,https://sites.google.com/a/beagle-
board.tw/www/techdocs/beagleboard-series/beagleboard-xm
[10] TI-Android-ICS-4.0.3-DevKit-3.0.0 DevelopersGuide ,https://proces-
sors.wiki.ti.com/index.php/TI-Android-ICS-4.0.3-DevKit-3.0.0_Develop-
ersGuide
[11] TI-Android-ICS-4.0.3-DevKit-3.0.0 UserGuide ,http://proces-sors.wiki.ti.com/ index.php/TI-Android-ICS-4.0.3-DevKit-3.0.0_User-Guide
[12] Android xBeagleboard-xMxUSB カメラで OpenCV リアルタイム画像
処理, http://d.hatena.ne.jp/ksksue/20120211/1328929815
[13] 廖建興, 嵌入式系統之新興發展應運趨勢,IECQ 報導年刊, 台北市,2010.
[14] BURAK TECHNOLOGIES, http://www.buraktech.com/index.php?
page=embedded-development
[15] TEXAS INSTRUMENTS, http://www.ti.com/product/DM3730
[16] Logitech, https://www.logitech.com/zh-tw/product/hd-webcam-c525
[17] Android Developers, https://developer.android.com/index.html
[18] Eclipse, https://www.eclipse.org/home/index.php
[19] SensoVision Systems, http://blog.sensoviz.com/opencv-with-android-
studio/