機(jī)器人的視覺傳感技術(shù)，從二維圖像中理解和構(gòu)造出三維世界的真實(shí)模型

①視覺傳感系統(tǒng)組成 裝配過程中，機(jī)器人使用視覺傳感系統(tǒng)可以解決零件平面測量、 字符識別. (文字、條碼、符號等)、完善性檢測、表面檢測(裂紋、刻痕、紋理)和三維測 量。類似人的視覺系統(tǒng)，機(jī)器人的視覺系統(tǒng)是通過圖像和距離等傳感器來獲取環(huán)境對象的圖像、顏色和距離等信息，然后傳遞給圖像處理器，利用計(jì)算機(jī)從二維圖像中理解和構(gòu)造出三維世界的真實(shí)模型。

圖6-27所示為機(jī)器人視覺傳感系統(tǒng)的原理。攝像機(jī)獲取環(huán)境對象的圖像，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn) 換 器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，從而變成數(shù)字化圖形。通常一幅圖像劃分為512×512或者256×256,各 點(diǎn)亮度用8位二進(jìn)制表示，即可表示256個灰度。圖像輸入以后進(jìn)行各種處理、識別以及理解，另外通過距離測定器得到距離信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理得到物體的空間位置和方位；通過 彩色濾光片得到顏色信息。上述信息經(jīng)圖像處理器進(jìn)行處理，提取特征，處理的結(jié)果再輸出 到機(jī)器人，以控制它進(jìn)行動作。另外，作為機(jī)器人的眼睛不但要對所得到的圖像進(jìn)行靜止處 理，而且要積極地?cái)U(kuò)大視野，根據(jù)所觀察的對象，改變眼睛的焦距和光圈。因此，機(jī)器人視 覺系統(tǒng)還應(yīng)具有調(diào)節(jié)焦距、光圈、放大倍數(shù)和攝像機(jī)角度的裝置。

②圖像處理過程 視覺系統(tǒng)先要做的工作是攝入實(shí)物對象的圖形，即解決攝像機(jī)的 圖像生成模型。包含兩個方面的內(nèi)容：一是攝像機(jī)的幾何模型，即實(shí)物對象從三維景物空間 轉(zhuǎn)換到二維圖像空間，關(guān)鍵是確定轉(zhuǎn)換的幾何關(guān)系；二是攝像機(jī)的光學(xué)模型，即攝像機(jī)的圖 像灰度與景物間的關(guān)系。由于圖像的灰度是攝像機(jī)的光學(xué)特性、物體表面的反射特性、照明 情況、景物中各物體的分布情況(產(chǎn)生重復(fù)反射照明)的綜合結(jié)果，所以從攝入的圖像分解 出各因素在此過程中所起的作用是不容易的。

視覺系統(tǒng)要對攝入的圖像進(jìn)行處理和分析。攝像機(jī)捕捉到的圖像不一定是圖像分析程序 可用的格式，有些需要進(jìn)行改善以消除噪聲，有些則需要簡化，還有的需要增強(qiáng)、修改、分 割和濾波等。圖像處理指的就是對圖像進(jìn)行改善、簡化、增強(qiáng)或者其他變換的程序和技術(shù)的 總稱。圖像分析是對一幅捕捉到的并經(jīng)過處理后的圖像進(jìn)行分析、從中提取圖像信息、辨識 或提取關(guān)于物體或周圍環(huán)境特征。

③Consight-I視覺系統(tǒng) 圖6-28所示 Consight-I視覺系統(tǒng)，用于美國通用汽車公司的 制造裝置中，能在噪聲環(huán)境下利用視覺識別抓取工件。

該系統(tǒng)為了從零件的外形獲得準(zhǔn)確、穩(wěn)定的識別信息，巧妙地設(shè)置照明光，從傾斜方向 向傳送帶發(fā)送兩條窄條縫隙光，用安裝在傳送帶上方的固態(tài)線性傳感器攝取圖像，而且預(yù)先 把兩條縫隙光調(diào)整到剛好在傳送帶上重合的位置。這樣，當(dāng)傳送帶上沒有零件時，縫隙光合 成了一條直線，可是當(dāng)零件隨傳送帶通過時，縫隙光變成兩條線，其分開的距離同零件的厚 度成正比。由于光線的分離之處正好就是零件的邊界，所以利用零件在傳感器下通過的時間 就可以取出準(zhǔn)確的邊界信息。主計(jì)算機(jī)可處理裝在機(jī)器人工作位置上方的固態(tài)線性陣列攝像 機(jī)所檢測的工件，有關(guān)傳送帶速度的數(shù)據(jù)也送到計(jì)算機(jī)中處理。當(dāng)工件從視覺系統(tǒng)位置移動 到機(jī)器人工作位置時，計(jì)算機(jī)利用視覺和速度數(shù)據(jù)確定工件的位置、取向和形狀，并把這種 信息經(jīng)接口送到機(jī)器人控制器。根據(jù)這種信息，工件仍在傳送帶上移動時，機(jī)器人便能成功地接近和拾取工件。