機器人視覺定位的圖像處理

1、計算技術與自動化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4:1003 6199(2004)01 0074 - 03彭惠青，李海燕(汕頭大學 機電工程系，廣東汕頭515063):在機器人視覺定位系統(tǒng)中，圖像處理是核心部分，本文針對實際的目標圖像通 過對其進行圖像預處理再經(jīng)邊緣檢測和應用最小二乘法求得定位點的坐標和相對偏轉角 度獲得圖像定位的信息。經(jīng)驗證符合設計要求達到了實際應用的準確度。:最小二乘法:圖像定位:邊緣檢測:TP317.4:ARobot Visual Orientation Ima

2、ge ProcessingPEN G Hui-qing .LI Hai-yan(Dq)artn)ent of Mechamrelectfvnic Engineering , Shantou Uni versit y Shantou 515063 Cliina)Abstract: I mage pmcessing is the nx)st important part in the visual orientation system of the robo I. In this paper , the practical object image is inputted and dealt wi

3、th Through checking the edge of image and applying the least square method , we achieve the relate deflection angle The result of this design accords with the practical request.Key swords deast square method :image localization :edge checking© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publish

4、ing House. All rights reserved, 計算技術與自動化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 計算技術與自動化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4由于人眼的易疲勞性、人的惰性特別

5、是根據(jù) 生產(chǎn)自動化的要求必然需要一種有效工具，以彌 補以上的缺陷及滿足上述要求。機器人視覺系統(tǒng) 可以有效地解決這類問題。其核心部分是圖像處 理它是對獲得的目標圖像進行預處理，改善圖像 的質量及性噪比并進行圖像的識別和定位。因 此對目標圖像的圖像處理成為機器人視覺定位系 統(tǒng)的關鍵一步。22. 1在機器人的視覺定位過程中，當用攝像機錄入 一張要處理的因片時往往由干光源照度的不均 勻.使得錄入圖像背景的灰度不均勻因此.在對圖 像二值化處理時為了達到最佳效果就要求對圖 像進行分塊處理。在對圖像每塊進行二值化處理 之前，必須為其提供一個閾值而閾值的給出必須 通過圖像的灰度直方圖上的谷點來確定。在本設 計

6、中根據(jù)原始圖像如圖1 依次對圖像在垂直方 向分成了二塊、三塊和四塊來分別進行二值化處 理。為了方便說明問題.在此先給出了整幅圖像的 灰度直方統(tǒng)計圖，如圖2。根據(jù)圖2，本文首先做出了分兩塊和三塊進行 圖像二值化處理，得到了圖3和圖4。由圖3.4可 見，分兩部分二值化處理和分三部分二值化的效果 還不夠理想難以達到最后圖像定位處理所要的圖 像質量。因此對其分四部分，四部分進行二值化處 理。在給出分四部分二值化處理的圖形之前，必須© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserve

7、d, 計算技術與自動化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 計算技術與自動化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4:2003 - 10- 20:彭惠書（1977 T .男江西蓮花人碩士研究生研究方向：智能

8、控制.© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第23卷第1期彭惠青等:機器人視覺定位的圖像處理75© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第23卷第1期彭惠青等:機器人視覺定位的圖像處理75先求出每部分的灰度直方圖如圖5 .6 J $所示。0175.5220255圖1原始圖像0175.5220225圖2整幅圖像的灰度直

9、方統(tǒng)計圖圖3分兩部分二值化處理圖像圖4分三部分二值化處理圖像圖7圖像第三塊的灰度直方圖圖8圖像第四塊的灰度直方圖由上面所給的灰度直方圖中，可得圖像分四塊 二值化處理的最佳閾值分別為：thresh 1 = 220,© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 76計算技術與自動化2004年3月thresh2 = 220 , thresh3 = 202 , thresh4 = 179 0 (注： 編寫的程序中閾值的變量名為thresh)由以上所確定的閾值來對圖像進行

10、二值化處 理可得圖9。示的兩條直線的交點(113.166) 0(5)在直線Yi上另取一.與上一步所求的交點, 利用公式t=(Yi- Y2)/(XXs)可得所要求的角 度0。如圖10所示的圖形其角度6為63.47度。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 76計算技術與自動化2004年3月1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 76計算技術與自動化

11、2004年3月圖9分四部分二值化處理圖像圖10。為63.47度的圖形1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 76計算技術與自動化2004年3月通過圖3、圖4、圖9的對比.明顯可見對目標 圖像分四部分進行處理可得到較理想的效果。2.2這部分所做的圖形定位工作是本文的主要內 容。所要求定位的圖形是上面分四部分二值化處 理后所得的圖形如圖9。本文最終目的是要求找 出圖10中兩直線的交點和其中一條直線與縱軸的 夾角6 把這些信息通過接口電路輸出以此來操 縱機器工作.實現(xiàn)定位。在

12、編寫實現(xiàn)定位的程序之 前先建立數(shù)學模型，從中找出最佳定位方案。實 現(xiàn)定位的程序的主要思路如下：(1) 把圖像的像點讀入到一個二維數(shù)組，然后 對圖像進行行列掃描。(2) 實現(xiàn)對圖像的邊緣檢測時當其有兩對邊 緣點距離近似相等時即為所要檢測的邊緣點并 由其相鄰的內兩點的中點作為待求直線上的點的 估值。(3) 因為所得的點是離散的有誤差，所以必須 把滿足條件的點通過最小二乘法來擬合以求出我 們所要求的兩條直線丫-丫2。(注:直線方程y二 ax+b.如果a、b參數(shù)確定直線方程就確定。在 此本文分別求出了兩條直線的四個參數(shù)A、B、C、 D)所得結果見圖1()所示的兩條相交直線。(4) 求兩條直線的交點的坐標.因為這時Yi = Y2 = 丫3 , X】=X： = X3 ,所以利用方程組上謖損即可解出兩宜線的交點°如圖10所圖11旋轉后的圖形為了驗證所得結果的正確性把原圖旋轉通過 上述所求得的角度6來驗證，所得的結果如圖11。 從而證明了本文的思路及所編寫的程序是相當正 確的。11 1徐士良計算機常用算法 '們北京:清華大學