機(jī)器視覺(jué)畢業(yè)論文

1、學(xué) 號(hào)：123456789貴 州 師 范 大 學(xué)（專(zhuān) 科）畢 業(yè) 論 文題 目：基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的簡(jiǎn)單零件智能識(shí)別與分類(lèi)學(xué) 院：職業(yè)技術(shù)學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù)年 級(jí)：201X級(jí)姓 名：某某某指導(dǎo)教師：XXX完成時(shí)間：2014年4月4日目錄摘要.(I)Abstract.(II)緒論.(1)國(guó)、內(nèi)外研究進(jìn)展.(1)基本原理.(2)總結(jié).(9)參考文獻(xiàn).(10)摘要計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用于各行各業(yè)，為各行各業(yè)創(chuàng)造出驚人經(jīng)濟(jì)效益。本論文要研究的就是把計(jì)算機(jī)視覺(jué)，電氣控制，機(jī)械控制綜合應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化。計(jì)算機(jī)視覺(jué)也稱(chēng)機(jī)器視覺(jué)，它從CCD相機(jī)采集圖像數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，特征匹配，最終得出結(jié)論。經(jīng)計(jì)算機(jī)處

2、理和分析，得出是否為匹配零件并下發(fā)指令，指令傳給電氣控制部分，經(jīng)邏輯計(jì)算和功率放大，直接驅(qū)動(dòng)相關(guān)電機(jī)或氣液壓機(jī)械設(shè)備動(dòng)作。機(jī)械部分為侍服電機(jī)或氣液壓控制的簡(jiǎn)單機(jī)械手，可以從運(yùn)送零件的綠色運(yùn)送帶上推下零件。以達(dá)到不同形狀零件的自動(dòng)識(shí)別和分類(lèi)。關(guān)鍵字：機(jī)器視覺(jué)，特征匹配，人工智能，PLC，單片機(jī)，反饋系統(tǒng)，自動(dòng)化，零件識(shí)別與分類(lèi)。AbstractComputer vision applied to all walks of life, all walks of life to create amazing value for money. This thesis is to study the c

3、omputer vision, electrical controls, mechanical control integrated in industrial automation.Also known as Computer Vision vision, which capture image data from the CCD camera, the data processing and analysis, feature matching, the final conclusion.After computer processing and analysis, whether the

4、 results match parts and issued instructions, instruction passed to the electrical control part, by the logic of computing and power amplifier, direct drive motors or gas related hydraulic machinery and equipment movements.Mechanical part of the motor or gas hydraulic servo control simple robots can

5、 bring pushed from transporting parts of green transport parts. Automatic identification and classification in order to achieve a different shape of the part.Key words： machine vision, feature matching, artificial intelligence, PLC, microcontroller, feedback systems, automation, parts identification

6、 and classification.緒論隨著國(guó)發(fā)2號(hào)文件下發(fā)，貴州經(jīng)濟(jì)將得到進(jìn)一步發(fā)展。國(guó)家大力扶持貴州經(jīng)濟(jì)建設(shè)，必將扶持貴州工業(yè)。貴州要想后發(fā)趕超沿海地區(qū)，只有提高工業(yè)水平，貴州才能實(shí)現(xiàn)后發(fā)趕超，建成工業(yè)強(qiáng)省。衡量工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)在于工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化水平。自動(dòng)化程度高的企業(yè)不僅產(chǎn)量高，經(jīng)濟(jì)效益也高。它減少了人工成本，不分白天黑夜都在生產(chǎn)。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)這是最大競(jìng)爭(zhēng)力。要想把運(yùn)送帶上的零件分類(lèi)，國(guó)內(nèi)外有很多種方法，比如按質(zhì)量差異來(lái)分。這是一種比較簡(jiǎn)單的方法。但當(dāng)零件質(zhì)量相差較小，這種方法就束手無(wú)策了。還有一種是按零件顏色來(lái)分，通過(guò)CCD攝像頭把數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別分類(lèi)。但當(dāng)零件顏色基

7、本一致時(shí)（比如金屬零件），這種方法也會(huì)無(wú)力應(yīng)對(duì)。今天我們要研究和實(shí)現(xiàn)的方法基本可以解決上述無(wú)力應(yīng)對(duì)的情況。這種方法也就是基于零件形狀輪廓傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)別分類(lèi)，然后下達(dá)指令控制機(jī)械裝置，達(dá)到分類(lèi)零件的目的。國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展在美國(guó)，日本這些工業(yè)強(qiáng)國(guó)，機(jī)器人大國(guó)對(duì)智能化工業(yè)生產(chǎn)研究比較成熟，進(jìn)步也比較大，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。在中國(guó)只有少數(shù)汽車(chē)廠采用機(jī)器人加工和分類(lèi)零件。對(duì)此，本論文要研究的技術(shù)非常有實(shí)用價(jià)值。基本原理原理很簡(jiǎn)單，就是實(shí)現(xiàn)步驟多，繁瑣。需要把要分類(lèi)的零件從運(yùn)送帶上經(jīng)過(guò)時(shí)的外觀輪廓經(jīng)CCD相機(jī)傳入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)預(yù)處理，如濾波，調(diào)整對(duì)比度等。之后對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，可采用一階求導(dǎo)或二階求導(dǎo)

8、，一階求導(dǎo)近似公式如下：其中h（x）為x處的灰度值。此公式也就是離散卷積計(jì)算導(dǎo)數(shù)法。其卷積核為-1,0,1。一階求導(dǎo)計(jì)算輪廓也還可以借助其他算子來(lái)進(jìn)行，如Sobel算子。當(dāng)一階求導(dǎo)計(jì)算輪廓效果不是很穩(wěn)定時(shí)，我們可以采用二階求導(dǎo)來(lái)計(jì)算輪廓，這樣的好處就是穩(wěn)定。最常用到的算子就是Canny算子。下面是Canny算子計(jì)算輪廓的效果圖： 原圖 經(jīng)Canny算子計(jì)算 后得出的輪廓圖得到零件形狀輪廓之后，就是讓計(jì)算機(jī)去學(xué)習(xí)和記憶。這也是整個(gè)零件識(shí)別和分類(lèi)系統(tǒng)中最難和最重要的部分之一。讓計(jì)算機(jī)去學(xué)習(xí)其實(shí)就是讓計(jì)算機(jī)從輪廓圖像中提取特征。提取圖像特征的方法很多，如surf。但是surf實(shí)現(xiàn)起來(lái)麻煩。我們這里用

9、到一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法?；谳喞c(diǎn)再計(jì)算原圖sift特征，保存特征向量，現(xiàn)在就可以和輸入新圖像進(jìn)行特征比對(duì)了。輸入零件圖（白色部分為零件）：經(jīng)計(jì)算機(jī)提取特征之后與輸入的圖像進(jìn)行匹配，下面看匹配效果圖： 原圖 輪廓處理 匹配成功 匹配成功后會(huì)將零件在CCD影像中用框框住。甚至坐標(biāo)，水平夾角等信息都能檢測(cè)出來(lái)。在多個(gè)零件存在的情況同樣識(shí)別成功，下面看2張效果圖：原圖（多零件干擾） 輪廓處理 匹配成功原圖（多零件干擾） 輪廓處理 匹配同樣成功從圖中可以看出基于輪廓特征識(shí)別的優(yōu)越性了。再看一三角形零件識(shí)別效果，輸入圖像：特征提取之后匹配效果：（圖1）（圖2）由圖可看出匹配效果還是蠻好的，但也有一些質(zhì)疑。

10、比如，在圖1中有2個(gè)三角形零件，到底要匹配哪一個(gè)呢？這里有一個(gè)原則，匹配最靠近右邊的。零件傳送帶是從左往右運(yùn)行，優(yōu)先識(shí)別最右邊的零件能讓機(jī)械手有充分時(shí)間推下或抓取匹配成功的零件，防止漏分類(lèi)。優(yōu)先考慮最右邊匹配零件，如圖3：（圖3）零件識(shí)別和匹配成功之后剩下的就是分類(lèi)了，首先把零件輪廓特征輸入計(jì)算機(jī)，把要分類(lèi)的一堆零件逐一放上運(yùn)送帶，經(jīng)過(guò)CCD相機(jī)掃描，再經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算，如果成功匹配，就立即發(fā)送指令給電氣控制設(shè)備，電氣控制設(shè)備直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械手分離零件。電氣控制設(shè)備可以選用PLC或單片機(jī)。如果選用西門(mén)子S7-200型號(hào)的PLC，可以采用PPI協(xié)議，PC機(jī)以串口通訊方式向PLC傳送指令，讓PLC去執(zhí)行。

11、下面是PPI協(xié)議介紹：西門(mén)子的PPI（Point to Point）通訊協(xié)議采用主從式的通訊方式，一次讀寫(xiě)操作的步驟包括：首先上位機(jī)發(fā)出讀寫(xiě)命令，PLC作出接收正確的響應(yīng)，上位機(jī)接到此響應(yīng)則發(fā)出確認(rèn)申請(qǐng)命令，PLC則完成正確的讀寫(xiě)響應(yīng)，回應(yīng)給上位機(jī)數(shù)據(jù)。這樣收發(fā)兩次數(shù)據(jù)，完成一次數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)?？戳松厦娼榻B，也懶得去管PPI協(xié)議了，沒(méi)有試驗(yàn)過(guò)的東西就不要去使用了。再加上使用了PLC，使得整個(gè)系統(tǒng)性?xún)r(jià)比太差。我不得不換廉價(jià)的51系列單片機(jī)來(lái)做電氣控制部分。（圖4）單片機(jī)引腳根據(jù)圖4，只要P3.6和P3.7連接到RS232串口通信芯片上。就能與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如果把單片機(jī)設(shè)為下

12、位機(jī)。接收指令。使P0.0拉高電平5秒（假設(shè)），電機(jī)正轉(zhuǎn)。P0.1拉高電平5秒（假設(shè)），電機(jī)反轉(zhuǎn)。都為低電平時(shí)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)P0.0與P0.1總為相反電平，這種邏輯關(guān)系交由單片機(jī)自行計(jì)算，減少PC機(jī)處理消耗。這也保證了電機(jī)安全運(yùn)行。當(dāng)然，單片機(jī)P0口微小電流是不可能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的。只能通過(guò)三極管放大，在經(jīng)過(guò)繼電器才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電路圖如下：（圖5）電動(dòng)機(jī)的輸出接一個(gè)推手機(jī)械臂，機(jī)械臂可以縱向移動(dòng)，把需要分類(lèi)的零件從藍(lán)色運(yùn)送帶推到綠色運(yùn)送帶上。以達(dá)到分類(lèi)零件的目的。如下圖：（圖6）三角形零件為所要分類(lèi)的零件如果條件允許，可在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡最前和最后端各裝一個(gè)行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)到最前端時(shí)

13、觸發(fā)前端行程開(kāi)關(guān)。電流信號(hào)反饋到單片機(jī)，讓單片機(jī)P0.0立即拉低，同時(shí)P0.1拉高，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，直到觸發(fā)后端行程開(kāi)關(guān)，電流信號(hào)再次反饋到單片機(jī)，P0.0和P0.1都同時(shí)變?yōu)榈碗娖?。電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，恢復(fù)初始位置。等待PC機(jī)下一條指令。至此，整個(gè)系統(tǒng)流程已經(jīng)結(jié)束，零件已經(jīng)分類(lèi)成功。大體步驟可以看下面流程圖：和樣本零件輪廓特征匹配成功行程開(kāi)關(guān)的反饋條件不滿(mǎn)足，繼續(xù)掃描運(yùn)送帶上的零件CCD相機(jī)掃描所要零件PC機(jī)提取所要零件輪廓特征并存儲(chǔ)CCD相機(jī)逐一掃描經(jīng)過(guò)運(yùn)送帶的零件PC機(jī)對(duì)CCD相機(jī)的輸入進(jìn)行匹配和比較傳送推出指令PLC或單片機(jī)作出相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)所要零件的分類(lèi) 9總結(jié)這種分類(lèi)技術(shù)

14、在工業(yè)生產(chǎn)中是比較先進(jìn)的。是未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一種技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)不僅能用在分類(lèi)零件上，還能檢測(cè)零件缺陷等。比如檢測(cè)零件形狀和位置公差。通過(guò)本次做畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，我學(xué)到了不少課程以外的東西，三年的大學(xué)求學(xué)生涯即將結(jié)束?；厥走^(guò)去，就像一瞬間，毫無(wú)征兆地就畢業(yè)了。還沒(méi)有從老師和同學(xué)們的歡聲笑語(yǔ)中走出來(lái)，去發(fā)現(xiàn)離他們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)。無(wú)法再回到那個(gè)談笑風(fēng)生，指點(diǎn)江山學(xué)生時(shí)代了。大學(xué)期間，感覺(jué)學(xué)到的知識(shí)還是不夠多，與老師們交流不夠多，這也是我大學(xué)期間最大遺憾了。不論專(zhuān)科與本科，能順利畢業(yè)就是最大榮幸，知識(shí)不在多，夠用就行，學(xué)歷不在深，夠忽悠人便成。 我實(shí)在想不出專(zhuān)升本的實(shí)際意義。也因此放棄了大學(xué)繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)。感謝我的指導(dǎo)老師-XXX老師，他傳授給我豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，把我領(lǐng)到學(xué)術(shù)研究的前沿；他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的事業(yè)心和責(zé)任感，也使我受益終生。在此謹(jǐn)向他表示最誠(chéng)摯的謝意。感謝我的家人在學(xué)習(xí)、生活上給予的關(guān)懷、鼓勵(lì)與支持，他們的無(wú)私奉獻(xiàn)是我最寶貴的財(cái)富