機器人視覺傳感器的應(yīng)用

1、characteristics,applicati onsand mainsophisticated robot development, the in creas in gly obvious.1引言目前，在全世界的制造業(yè)中，工業(yè)機器 人已經(jīng)在生產(chǎn)中起到了越來越重要的作用。 為了使機器人能夠勝任更復(fù)雜的工作，機器 人不但要有更好的控制系統(tǒng)，還需要更多地 感知環(huán)境的變化。其中機器人視覺以其信息 量 大、信息完整成為最重要的機器人感知功 能。機器人視覺伺服系統(tǒng)是機器視覺和機 器人控制的有機結(jié)合，是一個非線性、強藕 合的復(fù)雜系統(tǒng)，其內(nèi)容涉及圖象處理、機器 人運動學(xué)和動力學(xué)、控制理論等研究領(lǐng)域。 隨

2、著攝像設(shè)備性能價格比和計算機信息處 理速度的提高，以及有關(guān)理論的日益完善， 視覺伺服已具備實際應(yīng)用的技術(shù)條件，相關(guān)機器人視覺傳感器應(yīng)用龐浜學(xué)號 19920141152889（廈門大學(xué) 物理與機電工程學(xué)院，福建 廈門361005）摘要：傳感器是自動控制特別是機器人技術(shù)中一個很重要的部分。它類似人的五感（眼、耳、鼻、舌、身）對對象物，周圍環(huán)境，系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)進行快速、準確的感覺、檢測、識別。本 譯文介紹了幾種類似人視覺功能的傳感器（紅外線傳感器，視覺一位置傳感器，色識別傳感器），及其原理、特點、應(yīng)用及主要技術(shù)指標。在機器人發(fā)展日益成熟的今天，視覺傳感器 的重要作用日益顯現(xiàn)。關(guān)鍵詞：視覺傳感器，圖像處

3、理，機器人Abstract: Sen sor is a very importa nt part of automatically con trolled in particular robotics.It is similar to one of the five senses （eyes,ears,nose, tongue,body） to the object, the surroundin gs, the internal state of the system for fast, accurate feeli ng, detect ion, iden tificati on. The

4、 tran slati on in troduces several features similar to huma n visio n sen sors （in frared sen sors, visi on - positi on sen sors,color recog niti on sen sor）,a nd its prin ciples，tech ni calin dicators .Intoday'sin creas in glyimportant role of the visual sensor becomes的技術(shù)問題也成為當(dāng)前研究的熱點。 機器人視覺是使機器

5、人具有視覺感知 功能的系統(tǒng)。機器人視覺可以通過視覺傳感 器獲取環(huán)境的一維、二維和三維圖像，并通 過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉(zhuǎn)換為 符號，讓機器人能夠辨識物體，并確定其位置及各種狀態(tài)。機器人視覺視覺側(cè)重于研究 以應(yīng)用為背景的專用視覺系統(tǒng)，只提供對執(zhí) 行某一特定任務(wù)相關(guān)的景物描述。機器人視 覺硬件主要包括圖像獲取和視覺處理兩部 分，而圖像獲取由照明系統(tǒng)、視覺傳感器、 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和幀存儲器等組成。根據(jù)功能不同，機器人視覺可分為視覺檢驗和視 覺引導(dǎo)兩種，廣泛應(yīng)用于電子、汽車、機械 等工業(yè)部門和醫(yī)學(xué)、軍事領(lǐng)域。計算機視覺應(yīng)用多采用光電傳感器、視覺傳感器或者視 覺系統(tǒng)來實現(xiàn)。光電傳感器結(jié)構(gòu)簡單

6、，價格10便宜，但是功能十分單一；基于 PC機的視 覺系統(tǒng)具有靈活的配置，并且具有優(yōu)秀的處 理性能和擴展能力，適合于各種視覺應(yīng)用， 但是系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，開發(fā)周期長，價格 也昂貴。視覺傳感器則具有價格適中、開發(fā) 簡單、體積小巧、可擴展性強等優(yōu)點。視覺傳感器通常是指綜合了光學(xué)設(shè)備 功能和圖像處理功能的獨立傳感器，它在保 持靈活性的同時提供準確的決策結(jié)果。視覺 傳感的工作原理如圖1所示，其工作流程分 為三步。采集：攝像頭捕獲對象或者對象上 某一部分的圖像；分析：圖像傳輸?shù)酱鎯ζ?中進行處理、分析并和預(yù)設(shè)的參數(shù)進行比 較；決策：傳感器基于用戶設(shè)定的容錯參數(shù) 進行決策，最后輸出結(jié)果。視覺傳感器與光電傳

7、感器的傳感模式 相同，只是前者需要外置的光源。但是光電 傳感器只能產(chǎn)生一束光，即只能檢測某一個 點；而視覺傳感器可以檢測某一個區(qū)域并產(chǎn) 生數(shù)以千計的像素，而且通過調(diào)節(jié)傳感器鏡 頭可以改變檢測區(qū)域的大小，在多點檢測應(yīng) 用場合下只能使用視覺傳感器。視覺傳感器 還擁有很強的分析能力。它可以分析圖像的 形狀、大小和位置，能廣泛應(yīng)用于測量應(yīng)用、 模式匹配和視覺運動導(dǎo)向。視覺傳感器也具 備強大的通訊功能，它不僅能夠輸出數(shù)字信 號和模擬信號，也可以通過串口 VGA（Video Graphics Array）接口或以太網(wǎng)口等標準通訊 口傳輸大量數(shù)據(jù)，包括被檢測部件的特征信 息和數(shù)字圖像等等。當(dāng)然，完善的視覺系

8、統(tǒng) 具有性能更高的硬件和通用性更好的軟件。 PC架構(gòu)的圖像處理系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在 其通用性、可擴充性、靈活性上。在一些高 速（100幀以上）、高分辨率（百萬像素以上）或 檢測算法復(fù)雜、需要大存儲器的應(yīng)用場合，視覺傳感器有時就難以勝任。 但是，視覺系 統(tǒng)價格昂貴，軟件需要定制，其開發(fā)工作復(fù) 雜，開發(fā)周期長，從而限制了它的應(yīng)用場合。圖1視覺傳感器工作流程Fig. 1 Work flow of visi on sen sors視覺傳感器并非為特定應(yīng)用而設(shè)計，它易于 從一個應(yīng)用移植到另一個應(yīng)用，而且視覺傳 感器的設(shè)置、組態(tài)和支持都非常簡單，生產(chǎn) 線上的人就可以完成這些工作。隨著微處理 器、DSP、F

9、PGA運算能力的增強，存儲器 集成度增加和成本的降低， 視覺傳感器檢測 軟件的功能不斷豐富，視覺傳感器的應(yīng)用領(lǐng) 域不斷擴展，已經(jīng)逐漸進入了原 PC架構(gòu)的 圖像檢測領(lǐng)域，如精密測量、質(zhì)量檢測、零 件分類及定位等。我們實驗室的自動焊接機器人系統(tǒng)1，2、CASIA-I移動機器人平臺3，4和巡線 機器人平臺5，6都使用了基于 PC104的視覺控制系統(tǒng)，其控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。PC104計算機通過圖像采集卡采集圖像 到內(nèi)存中，首先進行圖像預(yù)處理（如濾波、增強等），然后根據(jù)控制器結(jié)構(gòu)執(zhí)行高級決 策算法，得到最后結(jié)果后通過運動控制卡輸 出到機器人控制器執(zhí)行。同時，采集到的圖像通過無線網(wǎng)卡傳輸?shù)綄崟r監(jiān)控中心

10、進行 監(jiān)控。整個系統(tǒng)的運算負擔(dān)全部集中在 PC104計算機上，圖像數(shù)據(jù)需要通過高速通 道傳輸?shù)絻?nèi)存單元，執(zhí)行結(jié)果也需要通過外 圍運動控制卡輸出，整個數(shù)據(jù)傳輸通道比較 耗時。另外，PC104計算機運行的是功能復(fù)雜 的Windows操作系統(tǒng)，較多的系統(tǒng)資源消耗 在系統(tǒng)服務(wù)中，從而影響控制系統(tǒng)的整體性 能，而且其較大的體積和重量對移動平臺而 言也是一個負擔(dān)。因此，我們希望開發(fā)一個 集成度高、結(jié)構(gòu)靈活、圖像處理軟件功能豐 富的視覺傳感器，通過集成的微處理器和微 系統(tǒng)內(nèi)核減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，在保證視覺 信息處理性能的同時減小系統(tǒng)的體積，增加 系統(tǒng)平臺的移動能力。本文開發(fā)的視覺傳感 器主要基于機器人平臺的

11、基本應(yīng)用需求來 設(shè)計和實現(xiàn)。在設(shè)計過程中，充分考慮了結(jié) 構(gòu)的靈活性和可擴展性，以便向其它的應(yīng)用 平臺上移植。圖2基于PC104的視覺控制系統(tǒng)Fig. 2 Vision control system based on PC1042視覺機器人分類目前，視覺機器人伺服控制系統(tǒng)有以下 幾種分類方式：（1）按照攝像機的數(shù)目的不同，可分為單 目視覺伺服系統(tǒng)、雙目視覺伺服系統(tǒng)以及多 目視覺伺服系統(tǒng)單目視覺系統(tǒng)只能得到二 維平面圖像，無法直接得到目標的深度信 息；多目視覺伺服系統(tǒng)可以獲取目標多方向 的圖像，得到的信息豐富，但圖像的信息處 理量大，且攝像機越多越難以保證系統(tǒng)的穩(wěn) 定性。當(dāng)前的視覺伺服系統(tǒng)主要采用

12、雙目視 覺。（2）按照攝像機放置位置的不同，可以分 為手眼系統(tǒng)（eye in hand） 和固定攝像機系 統(tǒng)（eye to hand 或 stand alone） 在理論上 手眼系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，但對系統(tǒng)的標 定誤差和機器人運動誤差敏感；固定攝像機 系統(tǒng)對機器人的運動學(xué)誤差不敏感，但同等 情況下得到的目標位姿信息的精度不如手 眼系統(tǒng)，所以控制精度相對也低。（3）按婿機器人的空間位置或圖像特征， 視覺伺服系統(tǒng)分為基于位置的視覺伺服系 統(tǒng)和基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)在基于位置的視覺伺服系統(tǒng)（如圖1所示）中，對圖像進 行處理后計算出目標相對于攝像機和機器 人的位姿，所以這就要求對攝像機、目標和機器人

13、的模型進行校準，校準精度影響控制 精度，這是這種方法的難點。 控制時將需要 變化的位姿轉(zhuǎn)化成機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角度， 由關(guān)節(jié)控制器來控制機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動。在基 于圖像的視覺伺服系統(tǒng)中，控制誤差信息來 自于目標圖像特征與期望圖像特征之間的 差異。對于這種控制方法，關(guān)鍵的問題是如 何建立反映圖像差異變化與機器手位姿速 度變化之間關(guān)系的圖像雅可比矩陣；另外一個問題是，圖像是二維的，計算圖像雅可比 矩陣需要沽計目標深度（三維信息），而深度 佑計一直是計算機視覺中的難點。雅可比矩陣的計算方法有公式推導(dǎo)法、標定法、沽計方法以及學(xué)習(xí)方法等，前者可以根據(jù)模型推導(dǎo)戴標定得到，后者可以在線 沽計，學(xué)習(xí)方法主要利用神經(jīng)

14、網(wǎng)絡(luò)方法。（4）按照采用閉環(huán)關(guān)節(jié)控制器的機器人， 視覺伺服系統(tǒng)分為動態(tài)觀察一移動系統(tǒng)和 直接視覺伺服前者采用機器人關(guān)節(jié)反饋內(nèi)環(huán)穩(wěn)定機械臂，由圖像處理模塊計算出攝像 機應(yīng)具有的速度或位置增量，反饋至機器人 關(guān)節(jié)控制器；后者則由圖像處理模塊直接計 算機器人手臂各關(guān)節(jié)運動的控制量。視覺伺 服所面臨的主要問題視覺伺服的研究到目 前已有近20年的歷史，但是由于視覺伺服 所涉及的學(xué)科眾多，所以其發(fā)展有賴于這些 學(xué)科的發(fā)展，目前在視覺伺服的研究中仍然 有很多問題沒有很好地解決。（5）圖像處理的方法在理論和實際計算處理速度上都是圖像伺服最大的難點；（6）在圖像處理完成后，圖像特征與機器 人關(guān)節(jié)運動之間模型的建

15、立是圖像伺服的 另一難點；（7）目前的許多控制方法都不能保證系統(tǒng) 在工作時是大范圍穩(wěn)定的，所以對有關(guān)控制 方法的研究也是必要的。3幾種視覺傳感器簡介3.1紅外線傳感器紅外線是比可見光波長長的電磁波，其 波長在0。 72-1000卩m。的范圍內(nèi)。所有作 熱振動的物體都發(fā)射紅外線，但是人眼感覺 不出來。人的體溫為 36-37 C,發(fā)射出g10 件，波長的遠紅外線。把物體加熱到 400-700 C時發(fā)射出35林陰的中間紅外線。 紅外線傳感器是檢測這些波長的光傳感器。紅外線傳感器大致可以分為量子型和熱型兩種。熱型高性能的焦電式紅外線傳感 器價格便宜，使用廣泛。例如人民生活中使 用的防盜報警裝置，自動門

16、，火災(zāi)預(yù)感器電 子量程等。在生產(chǎn)過程控制和自動化方面用 來作非接觸溫度測定，薄膜厚度測定和檢知 物體等。本文主要論述視覺和近接覺的焦電 式紅外線傳感器的功能以及使用時的注意 事項。3.1.1特性用焦電性陶瓷作檢測元件的焦電式紅 外線傳感器，具有對不同波長的紅外線的檢 測靈敏度不變和可以在常溫下使用等特點。 塑料式的和TO-5管式的焦電型紅外傳感器 已大量投產(chǎn)。作隔窗用的材料是聚乙烯和 硅。分別使用對紅外線有不同穿透特性的窗 材，可以設(shè)計出各種波長特性的紅外傳感 器。加入干擾膜濾波器后可作為檢測人休的 專用傳感器，附加帶通濾波器可以作為檢測 火焰用傳感器。檢測元件具有自動極化的作 用，在元件兩端

17、有0和e兩種電極性，極化 的大小取決于溫度。通常元件表面的電荷由 于吸附空氣而被中和， 不表現(xiàn)于外表。如果 紅外線通過隔窗照射到該檢測元件，則由于對紅外線的吸收使元件表面溫度發(fā)生變化。 隨著溫度的變化，自動極化的大小也發(fā)生變 化，又產(chǎn)生由于吸附空氣引起的外表電荷的 中和。但是由于自動極化的變化快，所以能夠取出對應(yīng)于溫度變化的電荷變化脈沖。該電荷可以用高阻抗回路作為電壓檢出。紅外線傳感器中包含有這樣的阻抗變換線路。從上述檢測原理知道，要檢出從靜止物 體發(fā)出的紅外線，必須把從對象物體發(fā)出的 紅外線作斷續(xù)切斷，使之成為斷續(xù)光射入傳 感器。對于移動著的對象物，當(dāng)對象物的移 動方向橫切紅外線傳感器的視域

18、時就可以 得到檢測輸出信號而不需要切斷入射光。在切斷入射光的情況下，傳感器的輸出隨切斷 頻率而變化。使用的切斷頻率通常最高是 10HZ，因為在10HZ以上時檢出感度同頻 率成反比。檢出感度隨著溫度而改變，在 -20C +80 C范圍內(nèi)由大變小，但是在實用上其溫度的影響可以忽略。3.1.2紅外線傳感器的選定紅外線傳感器的檢知感度在0。220卩m的范圍內(nèi)是平坦的不依賴于波長。為了使 紅外線傳感器具有波長特性，要使用具有各 種不同透光特性的濾波材料作隔窗。因此必 須根據(jù)使用目的來選用紅外線傳感器。檢知 人體，可以做成檢測910卩m的紅外線，為 了遮隔太陽光等的外來光，使用附加有7卩m的導(dǎo)通濾波器作隔

19、窗。對于檢測火焰，使 用3-5卩m的帶通濾波器作隔窗。測定溫度 則使用對紅外線的吸收少的硅作隔窗。紅外線感知部分由2個檢測元件構(gòu)成， 有人體檢測用的雙元件方式。這種方式具有 受外界壞境的影響極小和能判別人的移動 方向等特性。考慮外磁場和外電場的影響時，選用To一 5管殼式的比塑料式的好。選擇合適的傳 感器就能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的檢測。3.1.3使用時的注意點由于從傳感器輸出的信號很小，所以通 常需要增幅6080dB。其次依靠設(shè)計濾波回 路可以除去噪音和紋波。如果用反射鏡和透 鏡把紅外線聚焦，則能得到信/噪(S/N)比高的信號。此時不僅提高了檢測感度，而且還 可以延長檢測距離，得到尖銳的方向性。采用反

20、光鏡能得到規(guī)定區(qū)域的檢測，是 使用上最大的優(yōu)點。因為從目標物來的紅外 線放射能的密度同距離平方成反比例而減 小，所以受光面積很小的傳感器上的入射能 量是非常小的。檢測人體時依靠反光鏡來作 光學(xué)增幅特別有效，例如使用球面曲率一定 的、受光面直徑 40mm、曲率半徑54mm的 單一反光鏡和 60dB的增幅器，可以探測出 10-15米外的，以0。3米/秒的速度移動的人。紅外線傳感器要設(shè)置在沒有大的溫度 變化和劇烈振動的場所。不要設(shè)置在靠近太 陽光和強的外來光以及有熱源的地方。因為是接收微弱的信號，所以為了不受外界噪 音、外電場、外磁場的影響，采用屏蔽也是 很重要的。3.1.4用途紅外線傳感器是檢測目

21、標物放射出來 的紅外線，所以不像一般的光傳感器那樣需 要發(fā)光元件，這一點類似人的視覺。人手有 近接覺，即只要靠近目標物而不接觸就能感 覺出目標物的溫度來。如果在機器未上使用 紅外線傳感器，則也能使之具有像人一樣的 視覺和近接覺。紅外線傳感器還被有效地用于工業(yè)生 產(chǎn)過程的自動化。根據(jù)對紅外線吸收量的測 定，實現(xiàn)對聚乙烯和尼龍等薄膜厚度的自動 監(jiān)視，其精度可達土 1協(xié)卿。用來監(jiān)視向容 器注入食品和搬送東西計數(shù)等也是很方便 的。通過紅外線取出窗監(jiān)視反應(yīng)槽內(nèi)的溫度 和監(jiān)視不灼熱的低溫物體的表面溫度，測定加熱滾筒和車軸等旋轉(zhuǎn)物體的溫度等方面， 更能充分發(fā)揮紅外線傳感器非接觸測定的 特點。3.2視覺-位置

22、傳感器在機器人視覺用的光傳感器中，測量位移量和位置的傳感器同攝象管和半導(dǎo)體圖 象傳感器一樣，有根據(jù)畫面象素掃描進行讀 出的掃描式傳感器和非掃描式的半導(dǎo)體位 置檢測元件 PSD(position Sensitive Device)。這里敘述PSD位置傳感器的特點和應(yīng) 用。3.2.1 PSD的種類和動作原理在PSD的斷面和等效電路中，在其兩 側(cè)具有電極A、B的尸層是均勻的阻抗層。光線入射在尸點產(chǎn)左的光電流£在電極A、B間的分配與從 P尤到電極A、B間的距離 (阻抗值)成反比，并且可以從電極 A、B分 別取出。對于入射光的中心片位置P,若用如圖2的i,ia,ib來定義，則ibiaib光的入

23、射位置，用輸出電流之比表示而 不依賴于入射光強度。PSD有一維位置檢測 陽二維位置檢測二種。對于二準PSD,在同一面上具有直交電極的單面分紀式和為了 消除直交電極干擾分兩面配置的高精度的 兩面分配式兩種。3.2.2 PSD位置傳感器的特點 因為是非分配式的元件，所以位置分辨率 高。 因為是非掃描式元件，所以位置檢測的響 應(yīng)快。 同入射光射橫截面大小無關(guān)，一般能得到 光點的中心位置。 可以同時得到入射光強度和位置。 波長感度范圍寬。 按照分時驅(qū)動光源，能夠進行多點測量。3.2.3 PSD的特性表2中列出了 PSD的典型特性。FSD對 光波波長的感度在 3001100nm的范圍內(nèi)， 特別是在800

24、90Onm的近紅外區(qū)域感度最 大。因此同PSD組合的光源，用 LED或激 光二極管等最合適。因為PSD是按照阻抗分配來取出輸出 電流，所以在接合電容相等的情況下，PSD光電變換的響應(yīng)速度比同一尺寸的硅光敏 二極管慢一些。但是在檢測位置的響應(yīng)速度上,由于非掃描式元件的特點，能夠以光電轉(zhuǎn)換相同的速度響應(yīng)。 PSD的位置分辨率， 用可能檢測的 PSD受光面上的入射點的位 移量表示，同 PSD的長度和運算電路系統(tǒng) 的噪音成正比，同入射光強度成反比。由于非掃描式元件的特點，能夠以光電 轉(zhuǎn)換相同的速度響應(yīng)。 PSD的位置分辨率， 用可能檢測的 PSD受光面上的入射點的位 移量表示，同 PSD的長度和運算電

25、路系統(tǒng) 的噪音成正比，同入射光強度成反比。當(dāng)背景光和信號光混合存在時，PSD根據(jù)信號光輸出的電流同由背景光產(chǎn)生的 電流相迭加，產(chǎn)生位置檢測誤差。 為了分離 出信號成分，同時使用光學(xué)的和電氣的分離 方法。在光學(xué)上為了減少背景光，利用了波長 的差別，僅僅選擇信號光通過光學(xué)濾波器。 在電氣上使用調(diào)制光源，采用通過調(diào)制頻率 的帶通濾波器，當(dāng)背景光的變化滯后于信號 光時也可以用記錄光源發(fā)光的前鋒值來矯 正。當(dāng)背景光是螢光燈光的情況下，利用可 見光阻塞(Cut)濾波器是有效的。接受PSD輸出的運算電路時，由子 PSD的輸出信號 是根據(jù)阻抗分配比率而得出的，為了不影響其阻抗比率，必須使用比 PSD的電極間的

26、 阻抗小得多的輸入阻抗回路。通常使用根據(jù) 運算放大器原理的電流電壓變換回路。給定PSD的偏壓V，要以提高響應(yīng)速 度和抑制回路系統(tǒng)的噪音為目的， 在合格的 范圍內(nèi)給定較高的電壓。3.2.4 PSD位置傳感器的應(yīng)用實例根據(jù)檢測PSD受光面上的光點位置而 實現(xiàn)檢測的傳感器，有根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)組合， 光源使用方法而制成的距離傳感器和一維、二維位置的測量傳感器。此外，由于PSD能同時檢出光強度的特 點，將它同測量距離的光學(xué)系統(tǒng)組合，也能 作為不受測量距離影響的反射率傳感器。一維、二維位置測量傳感器，是在要檢 測的地方（如機器人操縱桿的前端等）安裝LED等光源檢測LED的發(fā)光狀態(tài)而實現(xiàn)的。 在傳感器視野內(nèi)有多

27、個測量點的場合，根據(jù) 對各光源分時點燈的辦法進行分離檢測。使用PSD的測距傳感器，是用三角測量 的原理，把測量對象的距離變成 PSD上反射 光點的位移量來測定的。由于PSD位置分辨率高響應(yīng)速度快， 光 強度和位置能同時檢測，能檢出入射光的中 心點位置等特點，所以利用這些特點作成的 PSD位置傳感器，得到了廣泛的應(yīng)用。這種 測距方式，由于射向?qū)ο笪矬w的光束可以作 到很細，所以位置分辨率高，也可以用于三 維立體形狀的測量。不使用透鏡等光學(xué)系統(tǒng) 測量位移量時，若利用入射光的中心點進行 PSD位置測量的特點，則可以用簡單的縫隙 來測量位移量。3.3色識別傳感器這里介紹色彩色差計 CR 一 100。在需

28、 要判定并控制物品色彩的場合，可以代替人 眼實現(xiàn)色彩管理。3.3.1顏色識別基礎(chǔ)所謂顏色是來自物體的光投入人眼，刺 激視神經(jīng)、腦細胞所引起的感覺量。為了把 這個感覺量化，以前進行過種種實驗。而且 CIE（國際照明委員會）于1931年定義人眼具 有三種感度。也就是說如果用具有像這樣的 三種感度的傳感器觀察物體，就應(yīng)該能得到 與人眼的感覺相同的刺激量。下面公式定義的色度座標（x，y）來表示顏色。Xx =X Y Z（1）Yy =X Y Z（2）為了提高重復(fù)精度，本機采用雙射線系 統(tǒng)。這就是一方面對照明光源直接測光，得出對照明光源的直接測定值（X2m,Ym,Zm），另一方面讓光源照射被測 物體，得出被

29、測物體的反射光測定值 （X2,y',z'），以消除光源變化對測量的影 響。這是一種常用的穩(wěn)定測量的方式。測定照明光直接照射的傳感器和測定被測物體 反射光的傳感器都具有相同的分光感度，以便消除分光的變化。從6個傳感器的測定值經(jīng) A/刀變換后， 在運算器中按（1）式（2）式進行計算，然后在 LED上顯示出來。通過操作使數(shù)據(jù)從輸出 端子輸出。此外本機還具有色差計的功能， 把基準色的數(shù)據(jù)記憶在數(shù)據(jù)存貯器中，計算出基準色同測定值的偏差 （ Y , X， y， L， a，A b）。4視覺伺服的發(fā)展前景未來視覺伺服的研究方向主要有以下 幾方面：（1）在實際環(huán)境下快速、獸棒地獲取圖像 特征是視

30、覺伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。由于圖像處理的信息量大和可編程器件技術(shù)的發(fā)展，近期把通用算法硬件化，以這個刺激量（X，Y，Z）為基礎(chǔ)，可以用加快信息處理的速度的方法可能會使這一 問題的研究取得進展。(2) 建立適合機器人視覺系統(tǒng)的有關(guān)理論 和軟件目前的許多機器人視覺伺服系統(tǒng)的 圖像處理方法都不是針對機器人視覺系統(tǒng) 的，如果有這樣的專用的軟件平臺，在完成 視覺伺服任務(wù)時，就可以減少工作量，甚至 可以通過視覺信息處理硬件化來提高視覺 伺服系統(tǒng)的性能。(3) 將各種人工智能方法應(yīng)用于機器人視 覺伺服系統(tǒng)。雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機器人視覺伺服中已 得到應(yīng)用，但許多智能方法在機器人視覺伺 服系統(tǒng)中還沒有得到充分地應(yīng)用，而

31、且，目 前研究有過于依賴數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)計算的 傾向，這使得機器人視覺伺服系統(tǒng)在工作時 計算量太大，目前計算機的處理速度很難滿 足系統(tǒng)快速性的要求，但是人類在實現(xiàn)有關(guān) 的功能時并不是通過大量的計算來完成的， 這就啟發(fā)大家是否可以用人工智能的方法 降低數(shù)學(xué)計算量，以滿足系統(tǒng)快速性的要 求。(4) 將主動視覺技術(shù)應(yīng)用于機器人視覺伺 服系統(tǒng)主動視覺是當(dāng)今計算機視覺和機器 視覺研究領(lǐng)域中的一個熱點，在這里視覺系 統(tǒng)能主動地感知環(huán)境，按一定規(guī)則主動地提 取需要的圖像特征，這使得在一般情況下難 以解決的問題得以解決。(5) 將視覺傳感器與其它外部傳感器結(jié)合 起來為了使機器人能夠更全面地感知環(huán)境， 特別是對機

32、器人視覺系統(tǒng)起信息補充，可以 將多種傳感器加入機器人視覺系統(tǒng)，這樣做 可以克服機器人視覺系統(tǒng)的一些困難，但多 傳感器的引入，就需要解決機器人視覺系統(tǒng) 的信息融合和信息冗余問題。4結(jié)語近年來，機器人視覺伺服技術(shù)有了很大 發(fā)展，國內(nèi)、外機器人視覺系統(tǒng)的實際應(yīng)用 也越來越多，許多技術(shù)難題都有希望在近期 的研究中取得進展。在未來一段時間內(nèi)，視 覺機器人將在機器人技術(shù)中占有突出的地 位，視覺機器人將會越來越多地應(yīng)用于工業(yè) 生產(chǎn)中。我們期望在未來視頻傳感器能夠更加地走進民眾生活，為現(xiàn)代社會提供更多的便 利。參考文獻1 李原,徐德，李濤,等。一種基于激光結(jié) 構(gòu)光的焊縫跟蹤視覺傳感器 J。傳感技術(shù) 學(xué)報,2005, 18(3): 488 -492。2 王麟琨,徐德,韓加強，等。基于工業(yè)焊