工業(yè)自動(dòng)化中的自動(dòng)光學(xué)定位技術(shù)分析(全文)

精品文檔-下載后可編輯工業(yè)自動(dòng)化中的自動(dòng)光學(xué)定位技術(shù)分析(全文)[摘要]本文對(duì)工業(yè)自動(dòng)化中的自動(dòng)光學(xué)定位技術(shù)進(jìn)行了分析，分析了其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)字圖像處理和識(shí)別技術(shù)等，為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供支撐。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)自動(dòng)化；自動(dòng)光學(xué)定位技術(shù)；分析和應(yīng)用

在工業(yè)的自動(dòng)生產(chǎn)以及檢測(cè)中，最關(guān)鍵的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)工件定位，只有將工件于整個(gè)系統(tǒng)中定位精確，才能更好地裝配工件，并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。目前常使用的定位技術(shù)是機(jī)械定位，但是這種技術(shù)不利于設(shè)備利用程度的提高，明顯增加了使用過程的成本，不利于綜合效益的實(shí)現(xiàn)。隨著科技不斷發(fā)展，尤其是數(shù)字圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及各種通信技術(shù)等的發(fā)展和結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)以及檢測(cè)中的工件自動(dòng)定位提供了良好的技術(shù)支撐。這種技術(shù)是自動(dòng)光學(xué)定位技術(shù)。目前，很多定位系統(tǒng)都是通過CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻的而社區(qū)，隨后再依靠數(shù)據(jù)或者模型的轉(zhuǎn)化設(shè)備來完成圖像的數(shù)字化，最后在通過Pc機(jī)來對(duì)圖像的處理傳輸?shù)冗M(jìn)行控制。整一個(gè)測(cè)量的過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，精度很高，同時(shí)具有較高的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)了非接觸操作，能夠適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)中自動(dòng)生產(chǎn)以及檢測(cè)的要求，還大大提高了生產(chǎn)效率。

1.數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

數(shù)字信號(hào)處理，即DSP，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，DSP的理論以及操作方法被不斷應(yīng)用和實(shí)踐，具有較高的可行性。數(shù)字圖像也屬于數(shù)字信號(hào)之一，本文講到的自動(dòng)光學(xué)定位技術(shù)就是以DSP為核心來展開圖像的處理以及傳輸。DSP速度和性能都很高，很適合數(shù)字信號(hào)的處理，另外，還能進(jìn)行語音、圖形、通信以及圖像的處理，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器儀表的自動(dòng)控制，除此之外，還能應(yīng)用于家用電器或者醫(yī)療系統(tǒng)當(dāng)中。其應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)要依靠軟件硬件設(shè)備的支撐?？赏ㄟ^計(jì)算機(jī)軟件、加速處理機(jī)、單片機(jī)、可編程的DSP芯片或者專用DSP芯片來實(shí)現(xiàn)。

2.自動(dòng)光學(xué)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)自動(dòng)光學(xué)定位系統(tǒng)首先要對(duì)定位點(diǎn)圖像進(jìn)行采集，并作相關(guān)處理。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括圖像傳感器CMOS來采集圖像、芯片CPLD來對(duì)數(shù)據(jù)和圖像的傳輸進(jìn)行控制以及數(shù)字圖像處理DSP。

上述三個(gè)結(jié)構(gòu)和RAM這四部分都安裝在系統(tǒng)的總線上，其中CPLD、DSP通過共同享有總線來實(shí)現(xiàn)對(duì)RAM以及CMOS傳感器中各種數(shù)據(jù)的額控制。CPLD控制總線可以對(duì)CMOS傳感器發(fā)出通知，使其開始對(duì)圖像進(jìn)行收集，這時(shí)DSP會(huì)掛起，因此，整個(gè)系統(tǒng)中圖像和數(shù)據(jù)的流向大致是：CMOS圖像傳感器-CPLD-RAM。由CMOS傳感器在傳輸數(shù)字圖像技術(shù)的時(shí)候也傳輸同步信號(hào)。CPLD將這些圖像信號(hào)燈進(jìn)行處理，最后生成相應(yīng)的地址以及信號(hào)，將其寫到內(nèi)存RAM中。當(dāng)采集完一幅定位點(diǎn)的圖像之后，CPLD不再控制系統(tǒng)的總線，這時(shí)DSP可以通過CPLD來對(duì)RAM中的數(shù)據(jù)讀取，并對(duì)其算法處理進(jìn)行識(shí)，然后從其串口將處理的結(jié)果送出去。因?yàn)槔眠@種方法時(shí)，定位點(diǎn)的圖像較小，因此內(nèi)存為16MB的RAM芯片不僅能存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，也能為DSP程序提供運(yùn)行空間，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)。

3.數(shù)字圖像處理和識(shí)別方法

3.1數(shù)字圖像處理是通過計(jì)算機(jī)等來實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)等的加工和處理，以適應(yīng)應(yīng)用需求以及人的視覺要求。圖像處理能將輸進(jìn)去的質(zhì)量較差的圖像改善。一般會(huì)采用圖像的編碼、壓縮或者復(fù)原增強(qiáng)等各種手段來進(jìn)行處理。還可以將機(jī)器作為對(duì)象來進(jìn)行圖像處理，其目的是使機(jī)器能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別。一般采用邊緣檢測(cè)、圖像二值化或者圖像平滑等算法。圖像平滑能有效消除噪聲，提高圖像質(zhì)量。二值圖像的獲取可以通過對(duì)灰度圖的適當(dāng)分割。在選擇灰度閾值時(shí)，應(yīng)根據(jù)物體反射的性質(zhì)以及照明的條件來確定。邊緣檢測(cè)具有重要應(yīng)用，因?yàn)榛叶纫话愣荚谶吘壈l(fā)生急劇變化，因此，在對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理的時(shí)候，首先需要進(jìn)行邊緣檢測(cè)。

3.2圖像識(shí)別技術(shù)中，經(jīng)常被選用的特征有：圖像幅度圖像像素光灰度值、彩色的二色值、頻譜值等表示的幅值特點(diǎn)是圖像的最基本特征；圖像統(tǒng)計(jì)特征一主要有直方圖特征、統(tǒng)計(jì)性特征、描述像素相關(guān)性的統(tǒng)計(jì)特征；圖像幾何特征一主要有面積、周長(zhǎng)、分散度、曲線的斜率和曲率、凹凸性等；圖像變換系數(shù)特征一傅立葉變換系數(shù)、哈達(dá)瑪變換、K-L變換等，另外還有紋理特征和二維幾何結(jié)構(gòu)描述等。

3.3灰度圖像閾值技術(shù)：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)字圖像的存在方式是位圖，實(shí)際上就是一個(gè)矩形的點(diǎn)陣，可以將這些點(diǎn)叫做像素，它是構(gòu)成數(shù)字圖像的基本組成單位。在評(píng)價(jià)像素的明暗性質(zhì)時(shí)，可以通過灰度值來加以標(biāo)識(shí)。數(shù)字圖像中各個(gè)像素所具有的明暗程度由灰度值標(biāo)識(shí)。如果是灰度的圖像，則可以用字節(jié)數(shù)據(jù)來代表像素?；叶仁窃谔幚硪约白R(shí)別數(shù)字圖像時(shí)的基礎(chǔ)。如果一整幅圖像中的像素只有兩個(gè)灰度值，那么這種灰度圖像就叫做二值圖像。在對(duì)其特征進(jìn)行分析時(shí)，可以通過圖像閾值分割技術(shù)來進(jìn)行。采用二值圖像具有儲(chǔ)存的容量小，計(jì)算速度快以及能夠準(zhǔn)確計(jì)算目標(biāo)物的形狀、大小等幾何特征的優(yōu)點(diǎn)。這種技術(shù)在圖像中廣泛使用，它可以通過圖像目標(biāo)物以及它的背景在灰度特征上存在的差異，把圖像當(dāng)做是兩個(gè)灰度級(jí)不同的組合。然后選擇一個(gè)較適當(dāng)?shù)囊曋?，?duì)具體的像素點(diǎn)的歸屬進(jìn)行分析。雖然選取閾值有很多方法，但是由于存在各種限制，較好的方法應(yīng)該是Otsu這種方法。該方法較適合用在圓形定位點(diǎn)灰度圖像的二值化處理過程中。

3.4圖像識(shí)別技術(shù)

圖像采集系統(tǒng)不同，其識(shí)別算法也不同，目前較常用的是Hough變換法以及模板匹配法。模板也就是陣列，它是為了對(duì)某些圖像區(qū)域特征繼續(xù)擰檢測(cè)而設(shè)計(jì)的，而模板匹配法是為了檢測(cè)是否有和模板相匹配的物體的存在，或者是逐點(diǎn)比較標(biāo)準(zhǔn)和以及待檢測(cè)的工件，有時(shí)候也可以對(duì)它們的特征如顏色等加以提取，然后進(jìn)行比較。這種方法在計(jì)算機(jī)以及機(jī)器視覺中具有重要應(yīng)用。但是這種方法計(jì)算量大，且匹配效率低下，正確度差等，因此需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。Hough變換法是對(duì)圖像中不用形狀的圖形進(jìn)行識(shí)別的方法，例如，從復(fù)雜圖像中提取某些直線等。該方法較為健全，但計(jì)算的時(shí)間長(zhǎng)，因此，也需要改進(jìn)。

4.一種新的基于幾何性質(zhì)的定位點(diǎn)識(shí)別算法

基于上述的兩種識(shí)別算法中存在的不足之處，提出一種新的識(shí)別方法，這種方法具有計(jì)算快速并且準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)圓形以及環(huán)形定位點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)、定位。還能實(shí)現(xiàn)對(duì)一