一種三維視覺傳感系統(tǒng)信息處理方法的軟硬件實(shí)現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)代制造業(yè)中工業(yè)機(jī)器人被大量使用，隨著柔性裝配、智能制造系統(tǒng)的發(fā)展，被機(jī)器人操作的對(duì)象幾何尺寸隨機(jī)分布，被跟蹤目標(biāo)軌跡實(shí)時(shí)變化，這些對(duì)機(jī)器視覺傳感系統(tǒng)提出了更高的要求。研制實(shí)時(shí)性好、測(cè)量精度高、參數(shù)提取簡單、通用性好的三維機(jī)器視覺傳感系統(tǒng)，對(duì)多種與智能檢測(cè)、模式識(shí)別等相關(guān)的工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。
　　機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)具有非接觸測(cè)量、精度高、速度快、操作維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。主動(dòng)式結(jié)構(gòu)光法是其中比較成熟的一種測(cè)量方法，近幾年提

2、出多種提高其測(cè)量精度、擴(kuò)大應(yīng)用范圍的措施，當(dāng)前正積極開發(fā)基于此方法的多種工業(yè)應(yīng)用三維測(cè)量系統(tǒng)。
　　本文傳感系統(tǒng)是基于激光三角法的點(diǎn)結(jié)構(gòu)光機(jī)器視覺三維測(cè)量方法，通過旋轉(zhuǎn)棱鏡將點(diǎn)激光掃描出一個(gè)截面，根據(jù)反射到 CCD上光斑中心的位置，能逐點(diǎn)測(cè)量出掃描截面上的離散點(diǎn)，再將傳感器沿垂直于掃描截面方向移動(dòng)，即可獲取由三維點(diǎn)云組成的被測(cè)物體輪廓。本文采用智能傳感器和上位機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了上位機(jī)運(yùn)算量，使傳感器更方便使用。
　　使用P

3、rotel軟件設(shè)計(jì)了核心芯片為EP2C20的圖像預(yù)處理硬件電路，集成了攝像頭信號(hào)采集模塊、FPGA核心處理模塊、USB通信模塊等。設(shè)計(jì)了圖像采集實(shí)驗(yàn)，在上位機(jī)串口調(diào)試工具中獲得了完整的測(cè)試圖像，表明電路各模塊連接良好，工作穩(wěn)定。
　　在Quartus中對(duì)FPGA邏輯編程，設(shè)計(jì)了極值輸出模式和全幀輸出模式。預(yù)處理板能高速采集圖像灰度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)中值和均值濾波處理并采用極值法求出圖像光斑中心，通過USB通信控制模塊將一幀圖像中包括光

4、斑中心位置、灰度和當(dāng)前掃描角度在內(nèi)的共6字節(jié)有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。特別設(shè)計(jì)的快速中值濾波模塊，算法簡單、運(yùn)算速度快，對(duì)實(shí)時(shí)圖像處理有廣泛應(yīng)用價(jià)值。
　　在VC++6.0開發(fā)環(huán)境中編寫了傳感器應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了與USB的通信，并將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物體三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了美觀實(shí)用的界面，并可方便查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在OpenGL圖形接口中，設(shè)計(jì)了三維彩色顯示模型，實(shí)現(xiàn)了光照渲染、模型平移縮放和旋轉(zhuǎn)等基本功能。
　　建立了攝像頭像素號(hào)和深度

5、坐標(biāo)系，易于實(shí)現(xiàn)尺寸測(cè)量，標(biāo)定實(shí)驗(yàn)表明，在80mm-210mm測(cè)量范圍內(nèi)像素號(hào)與深度之間最大非線性誤差0.7428％，均方差為441.6μm。提出了激光掃描偏角簡易標(biāo)定方法，經(jīng)過兩次實(shí)驗(yàn)標(biāo)定修正掃描偏角后，平板測(cè)量實(shí)驗(yàn)中不同掃描角度下測(cè)量均方差為62.26μm，具有較高精度。將傳感器安裝在直角坐標(biāo)機(jī)器人上，掃描了幾種典型零件的三維輪廓，在上位機(jī)程序中零件輪廓顯示清晰，測(cè)量誤差較小，為后續(xù)基于三維視覺的模式識(shí)別、機(jī)器人控制等應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)