機(jī)器視覺在測量領(lǐng)域中應(yīng)用

1、1 12 2雙目立體視覺在工業(yè)測量領(lǐng)域中的應(yīng)用3 3雙目立體視覺在工業(yè)測量領(lǐng)域中的應(yīng)用4 4機(jī)器視覺簡介高效、非接觸測量高效、非接觸測量生物最強(qiáng)大的感知方式生物最強(qiáng)大的感知方式生物視覺生物視覺控制視覺環(huán)境控制視覺環(huán)境明確測量任務(wù)明確測量任務(wù)機(jī)器視覺機(jī)器視覺直接與周圍環(huán)境進(jìn)行智能交互直接與周圍環(huán)境進(jìn)行智能交互難以建立復(fù)雜的難以建立復(fù)雜的生物視覺系統(tǒng)生物視覺系統(tǒng)5 5機(jī)器視覺產(chǎn)品（機(jī)器視覺產(chǎn)品（圖像攝取裝置圖像攝取裝置）被檢測目標(biāo)被檢測目標(biāo)圖像處理圖像處理系統(tǒng)系統(tǒng)( (像素像素分布分布、亮度、顏色、亮度、顏色) )數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)圖像信號(hào)圖像信號(hào)目標(biāo)特征目標(biāo)特征圖像處理圖像處理系統(tǒng)系統(tǒng)( (各種算

2、法各種算法) )判別結(jié)果判別結(jié)果控制設(shè)備動(dòng)作控制設(shè)備動(dòng)作機(jī)器視覺測量圖像攝取裝置：CMOS、CCD攝像機(jī)CMOS傳感器感光度通常比CCD傳感器低10倍。像素（圖像元素）：構(gòu)成數(shù)碼影像的基本單元，通常以像素每英寸PPI（pixels per inch）為單位來表示影像分辨率的大小。機(jī)器視覺測量系統(tǒng)示意圖6 6機(jī)器視覺在工業(yè)測量領(lǐng)域中的應(yīng)用7 7雙目立體視覺測量原理世界坐標(biāo)系世界坐標(biāo)系三維三維坐標(biāo)坐標(biāo)圖像坐標(biāo)系二維坐標(biāo)（圖像坐標(biāo)系二維坐標(biāo)（像素像素坐標(biāo)系）坐標(biāo)系）攝像機(jī)坐標(biāo)系二維坐標(biāo)攝像機(jī)坐標(biāo)系二維坐標(biāo)標(biāo)定重建外參數(shù)內(nèi)參數(shù)確定待測目標(biāo)構(gòu)造特征信息特征信息重建外參數(shù)標(biāo)定：待測目標(biāo)與相機(jī)之間的位置關(guān)系

3、內(nèi)參數(shù)標(biāo)定：相機(jī)與圖像之間的位置關(guān)系提取特征信息光源選取圖像處理左右圖像特征匹配約束關(guān)系雙目立體視覺測量原理雙目立體視覺測量方法8 8搭建在線測量硬件平臺(tái)獲取大鍛件熱態(tài)幾何特征清晰圖像求取攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)（標(biāo)定）求取測量現(xiàn)場攝像機(jī)外參數(shù)幾何特征快速提取特征點(diǎn)匹配三維輪廓重建雙目立體視覺測量原理-鍛件測量輸入攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)讀入圖像圖像裁剪去除干擾光線光條像素緣提取光條亞像素中心求取光條中心點(diǎn)匹配保存空間點(diǎn)擬合重建曲線求取鍛件直徑歐式重建9 9雙目立體視覺測量方法-鍛件測量1010機(jī)器視覺在工業(yè)測量領(lǐng)域中的應(yīng)用1111視覺測量的主要技術(shù)攝像機(jī)標(biāo)定攝像機(jī)標(biāo)定是否需要標(biāo)定參照物所用模型所用的攝像機(jī)個(gè)數(shù)傳統(tǒng)

4、攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)基于特定的實(shí)驗(yàn)條件，如形狀尺寸已知的標(biāo)定物，經(jīng)過對(duì)其進(jìn)行圖像處理，利用一系列數(shù)學(xué)變換和計(jì)算方法，求取攝像機(jī)模型的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。自標(biāo)定技術(shù)利用多幅圖像之間的直線對(duì)應(yīng)關(guān)系的攝像機(jī)自標(biāo)定方以及利用滅點(diǎn)和通過弱透視投影或平行透視投影進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定等。線性模型標(biāo)定技術(shù)利用經(jīng)典的小孔成像模型進(jìn)行線性方程求解，但線性模型不考慮鏡頭畸變。非線性模型標(biāo)定技術(shù)模型不服從經(jīng)典的小孔成像模型，考慮了畸變參數(shù)，引入了非線性優(yōu)化。單攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)雙目立體視覺標(biāo)定技術(shù)多組雙目立體視覺標(biāo)定技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，但應(yīng)用最為廣泛，但標(biāo)定精度依賴標(biāo)定標(biāo)定精度依賴標(biāo)定參照物精度，且與參照物精度，且與算法選擇密切相關(guān)。

5、算法選擇密切相關(guān)。方法靈活，但并方法靈活，但并不很成熟。未知不很成熟。未知參數(shù)太多參數(shù)太多, ,很難得很難得到穩(wěn)定的結(jié)果。到穩(wěn)定的結(jié)果。簡單快速，簡單快速，目前已有大目前已有大量研究成果，量研究成果，未考慮畸變未考慮畸變系數(shù)，準(zhǔn)確系數(shù)，準(zhǔn)確性欠佳。性欠佳?？紤]了畸變參數(shù)，考慮了畸變參數(shù)，但但方法復(fù)雜速度方法復(fù)雜速度慢，對(duì)慢，對(duì)初值和噪初值和噪聲聲比較敏感比較敏感，且，且不能不能保證參數(shù)收保證參數(shù)收斂到全局最優(yōu)解。斂到全局最優(yōu)解。對(duì)于雙目立體視覺標(biāo)對(duì)于雙目立體視覺標(biāo)定技術(shù)，外參數(shù)需要定技術(shù)，外參數(shù)需要考慮到左右相機(jī)之間考慮到左右相機(jī)之間的關(guān)系，多組雙目需的關(guān)系，多組雙目需要考慮到雙目之間的要考慮

6、到雙目之間的關(guān)系。關(guān)系。1212圖像處理圖像處理視覺測量的主要技術(shù)數(shù)字圖像處理是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過程。視覺測量應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中主要涉及的圖像處理方式為：圖像二值化、圖像濾波。圖像二值化圖像二值化就是將圖像上的像素點(diǎn)的灰度值設(shè)置為0或255，也就是將整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。RGBRGB圖像圖像灰度化處理灰度化處理二值化圖像二值化圖像圖像濾波濾波前濾波前濾波后濾波后常用濾波方法：（1 1）高斯濾波）高斯濾波（2 2）均值濾波）均值濾波（3 3）中值濾波）中值濾波（4 4）雙邊濾波）雙邊濾波在盡量保留圖像細(xì)節(jié)特征的條件下對(duì)目標(biāo)圖像的噪聲進(jìn)行抑制，其處理效果的

7、好壞將直接影響到后續(xù)圖像處理和分析的有效性和可靠性。1313視覺測量的主要技術(shù)圖像處理對(duì)比圖圖像處理對(duì)比圖RGBRGB圖像圖像灰度圖像灰度圖像二值化過程二值化過程二值化圖像二值化圖像高斯濾波高斯濾波均值濾波均值濾波中值濾波中值濾波雙邊濾波雙邊濾波視覺測量的主要技術(shù)特征提取特征提取中心提取中心提取算法復(fù)雜算法復(fù)雜度度提取速度提取速度提取精度提取精度方向性方向性抗白噪聲抗白噪聲抗強(qiáng)漫反抗強(qiáng)漫反射射抗反射干抗反射干擾擾極值法簡單快像素差差差差自適應(yīng)閾值法簡單快像素差差差差灰度重心法簡單快像素差差差差方向模板法簡單中像素一般一般一般一般曲線擬合法復(fù)雜非常慢亞像素差一般一般差Steger算法較復(fù)雜慢亞像

8、素好好差好1414指數(shù)字圖像處理中，對(duì)于圖片輪廓的一個(gè)處理。對(duì)于邊界處，灰度值變化比較劇烈的地方，就定義為邊緣。也就是拐點(diǎn)，拐點(diǎn)是指函數(shù)發(fā)生凹凸性變化的點(diǎn)。常用的邊緣提取算子有canny算子、sobel算子等。邊緣提取1515機(jī)器視覺在工業(yè)測量領(lǐng)域中的應(yīng)用16164臺(tái)高分辨率工業(yè)相機(jī)、1臺(tái)圖像工作站、1組激光器陣列等設(shè)備組成大型鍛件熱態(tài)幾何參數(shù)在線分布式測量儀現(xiàn)場實(shí)驗(yàn) 測量儀組成原理可依據(jù)測量環(huán)境與對(duì)象變化靈活布局能夠?qū)崿F(xiàn)鍛件局部快速測量與整體尺寸全局測量系統(tǒng)拓展性強(qiáng)，維護(hù)簡便儀器特點(diǎn)16相機(jī)激光器陣列相機(jī)相機(jī)相機(jī)應(yīng)用舉例-圓柱類熱態(tài)大型鍛件直徑測量1717應(yīng)用舉例-圓柱類熱態(tài)大型鍛件直徑測量鍛件高度測量圖不同位置鍛件高度重建結(jié)果d=525.9 mm長軸類鍛件直徑重建結(jié)果長軸類鍛件現(xiàn)場圖片材料：GCr15SiMn溫度：始鍛1250 終鍛850實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度重建結(jié)果1322.8mm直徑重建結(jié)果525.9