多維視覺下機(jī)加工特征快速提取的理論和方法.pdf

1、隨著機(jī)器視覺技術(shù)的成熟以及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在機(jī)械加工領(lǐng)域中，引入機(jī)器視覺技術(shù)，作為傳統(tǒng)機(jī)械加工設(shè)備性能提高和系統(tǒng)升級的關(guān)鍵技術(shù)，將是一種必然的趨勢。對于一些不適合人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常常需要用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高、工作強(qiáng)度大，而用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度，且易于實現(xiàn)息集成，是實現(xiàn)計算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技

2、術(shù)。因此，將機(jī)器視覺應(yīng)用于機(jī)械制造加工領(lǐng)域，無疑對于提升加工自動化水平具有重要的現(xiàn)實意義。目前，將機(jī)器視覺引入機(jī)械加工裝置，實現(xiàn)加工特征的快速提取與反饋，構(gòu)造一種視覺型數(shù)控系統(tǒng)，已成為機(jī)械工程的一個研究熱點。其中，如何在視覺系統(tǒng)下實現(xiàn)加工特征的快速提取是視覺型數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。 本文以多維視覺下加工特征的快速提取為目標(biāo)，深入分析和研究了常用的三維視覺技術(shù)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合三視圖正投影原理，提出了更加符合機(jī)加工特征提取要求的3＋X

3、視覺，并進(jìn)一步提出了在3＋X視覺下利用三視圖重構(gòu)實現(xiàn)加工特征快速提取的理論和方法。主要在以下幾個方面對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的探討和研究： （1）研究了攝像機(jī)成像模型及其標(biāo)定方法，深入探討了雙目立體視覺和結(jié)構(gòu)光立體視覺兩種三維視覺技術(shù)，分析了基本體素的三視圖投影特征，并結(jié)合立體視覺系統(tǒng)中三維特征信息恢復(fù)原理和三視圖正投影原理，提出了具備兩者優(yōu)點的3＋X視覺。 （2）研究了圖像噪聲模型及其濾波器原理，在此基礎(chǔ)上提出了具有細(xì)節(jié)

4、保護(hù)特性的混合濾波算法，并全面地總結(jié)了常用邊緣檢測算法，對基于灰度閾值的圖像分割算法，尤其是閾值選取的方法進(jìn)行了深入地研究，最后設(shè)計了面向3+X視覺的圖像處理系統(tǒng)。 （3）深入研究了基于CAD幾何模型的三維機(jī)器視覺技術(shù)和基于工程三視圖三維實體重構(gòu)技術(shù)，在兩者的基礎(chǔ)上，提出了基于3＋X視覺和三視圖重構(gòu)的加工特征提取方法，并深入探討了在3＋X視覺下實現(xiàn)三視圖重構(gòu)的一些關(guān)鍵技術(shù)，如模擬三視圖生成算法，分層式三視圖特征匹配表以及視圖間特

5、征點匹配算法。 本文的主要研究結(jié)論和創(chuàng)造性工作如下： （1）提出了按照三視圖正投影規(guī)則布置CCD攝像機(jī)的3＋X視覺布置方法。這種基于三視圖生成原理的視覺布置方法能夠很好的獲取工件在各個主要視圖方向上的特征圖像，便于視圖圖像之間的特征點匹配和三視圖重構(gòu)。 （2）通過對圖像噪聲及其典型噪聲濾波算法的深入研究，指出了圖像平滑濾波與圖像細(xì)節(jié)保護(hù)之間的矛盾，在對大量圖像預(yù)處理算法分析研究的基礎(chǔ)上，提出了具有圖像細(xì)節(jié)保護(hù)特性

6、的混合濾波算法；此外，對圖像特征提取的算法進(jìn)行了全面的研究，通過分析比較各種算法的優(yōu)缺點，選用了DALSA公司Sapera Processing圖像處理軟件包提供的高度優(yōu)化圖像處理算法實現(xiàn)了3＋X視覺的圖像處理系統(tǒng)。該圖像處理系統(tǒng)具有較好的噪聲抑制能力，能夠快速提取工件圖像的邊緣特征，結(jié)合邊緣平滑處理算法，平均處理時間在100ms左右。 （3）研究了基于三視圖的三維實體重構(gòu)技術(shù)，提出了不同于其的基于3＋X視覺的三視圖重構(gòu)技術(shù)，解

7、決了由關(guān)聯(lián)圖像生成模擬三視圖的問題，設(shè)計了基于三視圖正投影規(guī)則的視圖圖像特征點匹配算法和用于記錄匹配特征點的分層式三視圖特征匹配表。這種特征點匹配算法能夠模擬人工讀圖的思路匹配出各個視圖圖像之間的特征點，并逐一配對的記錄在分層式三視圖特征匹配表中，而分層式三視圖特征匹配表的設(shè)計則很好地反映了視圖圖像特征點匹配的關(guān)系，為工件加工特征信息的提取提供了重要信息來源。 目前，關(guān)于視覺技術(shù)應(yīng)用于加工過程的研究還處于初級階段，大量的研究尚未