圖像處理技術(shù)在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)中的運(yùn)用

1、 機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的概念與應(yīng)用機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的概念與應(yīng)用 基于圖像處理的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)基于圖像處理的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng) 機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)研究概況機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)研究概況 機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)是：機(jī)器人通過(guò)其是：機(jī)器人通過(guò)其感知工作環(huán)境中信息感知工作環(huán)境中信息 或者其感興趣信息，并記錄這些信息作為決策依據(jù)，對(duì)之進(jìn)或者其感興趣信息，并記錄這些信息作為決策依據(jù)，對(duì)之進(jìn) 行分析行分析的系統(tǒng)的系統(tǒng)。機(jī)器人視覺(jué)。機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)系統(tǒng)目前在機(jī)器人目前在機(jī)器人系統(tǒng)中系統(tǒng)中的主要的主要 應(yīng)用有：提供描述場(chǎng)景的數(shù)據(jù)、控制所需的目標(biāo)位置方位或應(yīng)用有：提供描述場(chǎng)景的數(shù)據(jù)、控制所需的目標(biāo)位置方位或 運(yùn)動(dòng)等數(shù)據(jù)，運(yùn)動(dòng)等數(shù)據(jù)，

2、常見(jiàn)的視覺(jué)系統(tǒng)常見(jiàn)的視覺(jué)系統(tǒng)如視覺(jué)搜索定位系統(tǒng)，視覺(jué)跟如視覺(jué)搜索定位系統(tǒng)，視覺(jué)跟 蹤系統(tǒng)等。蹤系統(tǒng)等。 用視覺(jué)進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)用視覺(jué)進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn), , 代替人的目檢代替人的目檢 輔助機(jī)器人輔助機(jī)器人完成分類、完成分類、 搬運(yùn)和裝配任務(wù)搬運(yùn)和裝配任務(wù) 為移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)為移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo) 航航 我們我們以機(jī)器人測(cè)距為例，來(lái)比較不同方法以機(jī)器人測(cè)距為例，來(lái)比較不同方法： 微波雷達(dá)測(cè)距微波雷達(dá)測(cè)距: :性能相對(duì)穩(wěn)定性能相對(duì)穩(wěn)定但成本高，而且但成本高，而且空間空間 的覆蓋面積有限的覆蓋面積有限, ,彼此之間有可能會(huì)產(chǎn)生一些電磁干彼此之間有可能會(huì)產(chǎn)生一些電磁干 擾擾。 2.2.激光雷達(dá)測(cè)距激光雷達(dá)測(cè)距: :

3、測(cè)量的精度比較高、量程較長(zhǎng)、測(cè)測(cè)量的精度比較高、量程較長(zhǎng)、測(cè) 量時(shí)間短量時(shí)間短；但是；但是激光雷達(dá)的耗能大、造價(jià)高、容易傷激光雷達(dá)的耗能大、造價(jià)高、容易傷 害人的眼睛害人的眼睛。 3.3.超聲波測(cè)距超聲波測(cè)距: :原理簡(jiǎn)單且成本低原理簡(jiǎn)單且成本低, ,但是超聲波傳輸速但是超聲波傳輸速 度易受到天氣的影響度易受到天氣的影響, ,致使得到的距離信息有很大差致使得到的距離信息有很大差 異性。異性。 4.4.基于圖像處理的視覺(jué)測(cè)距基于圖像處理的視覺(jué)測(cè)距: :通過(guò)通過(guò)圖像處理算法及攝像圖像處理算法及攝像 機(jī)模型機(jī)模型, ,計(jì)算目標(biāo)物體與機(jī)器人的距離信息。這種方法計(jì)算目標(biāo)物體與機(jī)器人的距離信息。這種方法

4、具有噪聲低、尺寸小、功耗小、質(zhì)量輕、動(dòng)態(tài)范圍大具有噪聲低、尺寸小、功耗小、質(zhì)量輕、動(dòng)態(tài)范圍大 等優(yōu)越特性。等優(yōu)越特性。 從上面我們不難看出，在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的某些運(yùn)從上面我們不難看出，在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的某些運(yùn) 用中，基于圖像處理的方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。用中，基于圖像處理的方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)從功能上主要包括數(shù)字圖像的獲取、圖像機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)從功能上主要包括數(shù)字圖像的獲取、圖像 的預(yù)處理、特征提取和圖像識(shí)別幾部分。的預(yù)處理、特征提取和圖像識(shí)別幾部分。 圖像分割圖像分割 圖像識(shí)別圖像識(shí)別 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與追蹤 圖像分割圖像分割 1 1、基于閾值的分割算法、基于閾值的分

5、割算法 迭代式閾值法，雙峰閾值法，迭代式閾值法，雙峰閾值法， 直方圖閾值法，自適應(yīng)閾值法直方圖閾值法，自適應(yīng)閾值法 等等 2 2、基于邊緣的分割算法、基于邊緣的分割算法 常見(jiàn)的邊緣檢測(cè)算子有：常見(jiàn)的邊緣檢測(cè)算子有： RobertRobert算子，算子，LaplacianLaplacian算子算子 ，SobelSobel算子，算子，CannyCanny算子等算子等 。 3 3、基于區(qū)域的分割算法、基于區(qū)域的分割算法 該方法對(duì)噪聲具有一定的抗干該方法對(duì)噪聲具有一定的抗干 擾能力，擾能力，但是但是區(qū)域特性的選取區(qū)域特性的選取 比較困難比較困難 B. B. 圖像識(shí)別圖像識(shí)別 1.1.基于基于目標(biāo)幾何模

6、型目標(biāo)幾何模型( (即即CADCAD模模 型型) )的方法的方法 2.2.基于目標(biāo)的實(shí)際外觀效果基于目標(biāo)的實(shí)際外觀效果 的方法的方法: :諸如直方圖法諸如直方圖法, ,特征特征 空間法等空間法等 3.3.基于局部特征不變量的基于局部特征不變量的方法方法: 在在描述圖像局部區(qū)域和處理外來(lái)描述圖像局部區(qū)域和處理外來(lái) 噪音方面噪音方面有著有著優(yōu)良特性優(yōu)良特性 C.C.運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與追蹤 一類是一類是采用雙目立體視覺(jué)技術(shù)，例如美國(guó)研究的機(jī)遇號(hào)與勇氣號(hào)這兩個(gè)采用雙目立體視覺(jué)技術(shù)，例如美國(guó)研究的機(jī)遇號(hào)與勇氣號(hào)這兩個(gè) 火星探測(cè)車(chē)火星探測(cè)車(chē), ,對(duì)障礙物的檢測(cè)主要是基于立體視覺(jué)的方法；對(duì)障礙

7、物的檢測(cè)主要是基于立體視覺(jué)的方法； C.C.運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與追蹤 另一類方法是采用單目視覺(jué)系統(tǒng)采集圖像，再根據(jù)一定算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)另一類方法是采用單目視覺(jué)系統(tǒng)采集圖像，再根據(jù)一定算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 檢測(cè)算法有很多檢測(cè)算法有很多, ,主要包括了背景差分法、幀間差分法和光流法等。；主要包括了背景差分法、幀間差分法和光流法等。； 1.1.光流法光流法2.2.背景差分法背景差分法3.3.幀間差分法幀間差分法 目前，美國(guó)、日本等國(guó)家在機(jī)器人視覺(jué)領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位。美國(guó)麻省理工學(xué)目前，美國(guó)、日本等國(guó)家在機(jī)器人視覺(jué)領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位。美國(guó)麻省理工學(xué) 院的院的

8、MargrittMargritt實(shí)現(xiàn)了基于路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人定位。日本學(xué)者實(shí)現(xiàn)了基于路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人定位。日本學(xué)者S.MurakamiS.Murakami等研究的弧焊機(jī)器等研究的弧焊機(jī)器 人焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，采用了視覺(jué)傳感器并用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像處理以獲得焊縫的形狀數(shù)人焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，采用了視覺(jué)傳感器并用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像處理以獲得焊縫的形狀數(shù) 據(jù)，進(jìn)行焊縫跟蹤。據(jù)，進(jìn)行焊縫跟蹤。NagataNagata和和KonishiKonishi將機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)和遺傳算法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)將機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)和遺傳算法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì) 機(jī)器人的控制。瑞士的機(jī)器人的控制。瑞士的Alain CodoureyAla

9、in Codourey對(duì)微機(jī)器人的視覺(jué)進(jìn)行了研究。澳大利亞對(duì)微機(jī)器人的視覺(jué)進(jìn)行了研究。澳大利亞WesternWestern 大學(xué)研制了大學(xué)研制了AustraliaAustralias Telerobots Telerobot機(jī)器人，它是一個(gè)具有視覺(jué)系統(tǒng)的六自由度工業(yè)機(jī)器機(jī)器人，它是一個(gè)具有視覺(jué)系統(tǒng)的六自由度工業(yè)機(jī)器 人，通過(guò)不斷更新的圖像進(jìn)行操作。人，通過(guò)不斷更新的圖像進(jìn)行操作。 上圖分別為麻省理工學(xué)院的獵豹機(jī)器人和日本安川電機(jī)公司開(kāi)發(fā)的弧焊機(jī)器人，均采上圖分別為麻省理工學(xué)院的獵豹機(jī)器人和日本安川電機(jī)公司開(kāi)發(fā)的弧焊機(jī)器人，均采 用了先進(jìn)的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)以及圖像處理技術(shù)。用了先進(jìn)的機(jī)器人

10、視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)以及圖像處理技術(shù)。 國(guó)內(nèi)很多高校在機(jī)器國(guó)內(nèi)很多高校在機(jī)器人人視覺(jué)領(lǐng)域也進(jìn)行了大量研究。華中科技大學(xué)彭剛視覺(jué)領(lǐng)域也進(jìn)行了大量研究。華中科技大學(xué)彭剛 利用機(jī)器視覺(jué)和超聲測(cè)距對(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和抓取。北京航空航天大學(xué)利用機(jī)器視覺(jué)和超聲測(cè)距對(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和抓取。北京航空航天大學(xué) 孟偲利用手眼視覺(jué)系統(tǒng)的測(cè)量與定位，判斷是否可抓持目標(biāo)物體。東南大學(xué)孟偲利用手眼視覺(jué)系統(tǒng)的測(cè)量與定位，判斷是否可抓持目標(biāo)物體。東南大學(xué) 席文明在焊接中引入了一種視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人。華中理工大學(xué)劉延林通過(guò)基席文明在焊接中引入了一種視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人。華中理工大學(xué)劉延林通過(guò)基 于機(jī)器視覺(jué)的方法獲得毛坯的圖像來(lái)識(shí)別毛坯。華中科技大學(xué)王敏利用超聲于機(jī)器視覺(jué)的方法獲得毛坯的圖像來(lái)識(shí)別毛坯。華中科技大學(xué)王敏利用超聲 測(cè)量與機(jī)器視覺(jué)相結(jié)合的方法，對(duì)待裝配工件進(jìn)行識(shí)別和空間定位。測(cè)量與機(jī)器視覺(jué)相結(jié)合的方法，對(duì)待裝配工件進(jìn)行識(shí)別和空間定位。 目前國(guó)內(nèi)外機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面目前國(guó)內(nèi)外機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: : (l)(l)提高視覺(jué)系統(tǒng)的速度