基于机器视觉的移动工件抓取和装配的研究

针对工业生产线上某产品上下盖自动装配的问题,运用运动控制理论与机器视觉相结合,搭建了一套模拟工业生产线产品装配系统。首先利用工业相机对进入视场的工件进行单帧图像采集,获取图像数据;然后利用OpenCV对数字图像进行处理,包括中值滤波、阈值分割、孔洞填充、边缘提取来获取数字图像的特征;之后通过质心法结合矩形拟合计算出工件的质心坐标和偏转角度;最后引导六轴机械臂抓取产品的时候能根据图像处理结果进行纠偏和补偿。该系统采用平面棋盘格标定板对工业相机进行了标定,并且在线进行了验证,实验结果表明,工件抓取和装配成功率为100%,满足工业现场的装配精度要求。     

基于机器视觉的低对比度物体尺寸测量研究

工业零件的产品检测是保证零件质量合格最重要的环节.传统的接触式检测方法难以满足工业现场高效、高精度等需求,基于机器视觉的图像测量系统已广泛应用于检测产品的几何参数.非透明物体形成的高对比度图像的测量已经进行了大量的工作,针对透明物体形成的低对比度图像的研究相对较少.以直角棱镜为对象,开发了一种用于测量低对比度产品尺寸的...     

基于机器视觉的麻将包装识别系统设计

针对麻将包装在实际产线上出现的麻将牌错位、缺失、牌面翻转等问题,基于机器视觉检测技术设计了一套以DM6437处理器为硬件平台的麻将包装识别处理系统。该系统的硬件部分由摄像头板、核心板和接口板三个模块组成,配合机械传动系统来进行识别前后麻将包装的传输。系统的软件部分采用平板Pad对麻将包装进行模板录入,并设计了一套适应于不同机箱内部环境变化的背景剔除方法来完成模板整体分割,以及通过中值计算实现单目标的分离,最后还提出了一种简单高效的混合搜索方式来进行基于SAD的模板匹配。测试结果表明,识别算法对于麻将间有缝隙、麻将整体倾斜、个别或整体麻将翻转、个别麻将位置错乱等问题均能准确判别,模板匹配算法稳定性和适应性较好,识别准确率达95%以上,能满足包装流水线上的缺陷检测。     

基于嵌入式机器视觉的羊体体征测量系统

针对现有牧场牲畜测量的工作量极大及人工测量的局限性难题,提出了一种基于机器视觉的草原牧场羊体体征的非接触式测量构建方法;考虑到牧场养殖环境,采用在便携式嵌入式Linux实时操作系统平台上,通过广角摄像头获取羊的彩色图像,并调用开源计算机视觉库OpenCV对图像进行实时处理,寻找体征特征点并计算羊的体高、体长等体征数据;图像处理过程:背景差分、图像去噪、二值化、轮廓提取和特征点识别;经实验验证表明:此测量方法有一定误差,但平均相对误差不超过3%,因此该测量方法具有较好的实用价值。     

基于机器视觉的软包装边缘测量及纠偏系统

针对软包装带材在运动过程中易发生跑偏现象的工程背景,设计了一种自动测量与纠偏系统。介绍了系统组成和纠偏原理,系统采用机器视觉实时采集带材边缘图像,用直方图修正方法修正图象灰度,通过增强对比度突出图像中的带材边缘特征,用基于一阶微分的边缘检测方法实现边缘识别及判定边缘位置,运用FUZZY+PID相结合的控制模型实施纠偏控制;实验结果表明,采用LED光源和Microvision数字摄像机,在200 m/min中等车速和纠偏机构速度10 mm/s条件下,系统纠偏精度在±0～±1 mm之间,稳态误差小,相对误差小,能够满足软包装带材生产过程中的纠偏要求。     

基于机器视觉的三维灰度重构技术

基于双目立体视觉三维重构原理,采用主动扫描实现特征匹配的三维灰度重构技术,通过特征结构光扫描物体表面,由经过预标定的两套成像传感器拍摄其图像,经过图像处理程序提取出特征点,完成特征匹配,再计算出物体表面三维轮廓,同时将成像传感器中的灰度信息映射到相应的特征点,从而实现特征点的三维信息和颜色信息的重构和匹配。该技术为三维彩色逼真场景的重构奠定了基础。     

视觉测量中的相机标定问题

回顾了计算机视觉中相机标定的问题,在分析并比较多种相机标定方法的基础上对其进行了分类,提出了现有理论和方法在实际工程应用中存在的问题以及未来的发展动态。     

面向单向器星轮自动化装配的视觉检测定位

针对传统单向器星轮人工装配效率低下问题,分析了单向器星轮装配过程,构建了基于计算机视觉技术的工业机器人自动化装配方案。首先利用CCD摄像机捕捉星轮表面形貌图像,然后利用Open CV视觉库进行了摄像机标定,再结合图像噪声去除,Hough圆检测,轮廓提取等技术,实现了星轮位姿的非接触式视觉检测。最后以单向器为例验证了该检测方法的有效性,机器人通过视觉获取的星轮位姿信息完成自动化装配。     

钢管直线度的机器视觉测量系统设计

针对钢管在空间方向直线度的测量,采用机器视觉方法,通过获取钢管上下边缘图像,求得钢管中心轴线坐标,评定直线度误差.在整体设计过程中,照明系统采用背光照明方式和平行光管光源,采用双高斯结构设计了光学成像系统基本结构,并用Zemax对成像系统进行了优化设计和像质分析.根据钢管边缘图像的特征,采用了一种新方法——相邻行灰度差...     

基于机器视觉的数字化仪表字符识别

针对工业生产中测试仪表显示数据的自动识别问题,提出一种基于机器视觉的数字仪表数据识别方法;文章方法利用图像获取、图像去噪、阈值分割、光学字符识别等技术有效远程识别LCD/LED显示的数字信息。通过实验验证,该系统能远程实时识别具有LCD/LED显示的数字化仪表的显示数据,识别率能达到99%以上,并且能够实现超限报警及数据保存功能。     

基于双目立体视觉的视线跟踪系统标定

针对使用主动红外光的视线跟踪系统存在的限制,构建了在自然光条件下允许头部自然移动的视线跟踪系统,该系统通过双目立体视觉系统获取眼睛特征参数,在三维空间中重构眼睛视线向量来估计眼睛的视线。通过头戴式标定板来估计头部姿态,减少了视线跟踪过程中头部移动带来的误差影响;提出了一种视线跟踪系统中个人参数的标定方法,该方法先假定眼睛视轴与光轴重合,由此计算出眼球的中心、半径、眼睛视轴与光轴的夹角的初始估计值,用非线性优化算法对这些初始值进行优化。通过实验表明,提出的视线跟踪算法对使用者限制较少,同时具有较高的视线估计精度,能满足很多视线跟踪应用场合的需要。     

基于机器视觉检测的大视场双远心光学系统设计

基于机器视觉的大视场非接触精密检测的需求,参照卡尔蔡司公司的TVM150／11／0．1远心镜头指标,设计了一款大视场双远心光学系统。采用了近对称的结构和半部设计的设计思路,较好地控制了畸变和倍率色差,实现了长工作距离（大于160mm）、大视场（物方视场达到西150mm）、低畸变（最大畸变小于1个像素）、高分辨（在2／3″CCD全视场200lp／mm处光学传函优于0．3）、宽景深（设计景深达到了±38mm）和双远心系统的设计要求。着重分析了系统各器件偏心对畸变的影响,通过对关键器件的偏心控制,有效地抑制了由于生产制造过程中的偏差产生的随机畸变对测量误差的影响,从而为实际生产提供了理论指导。     

面向大视场视觉测量的摄像机标定技术

提出了一种面向大视场高精度视觉测量的摄像机标定新方法,该方法采用亮度自适应的单个红外发光二极管(IR-LED)作为目标靶点,将该靶点固定在三坐标测量机的测头上,并依次精确移动至预先设定的空间位置,每次靶点到达设定的空间位置时,摄像机对靶点进行图像采集。利用三坐标测量机的精确位移,在三维空间构成一个虚拟立体靶标。针对虚拟立体靶标在大视场摄像机标定中只能覆盖一小部分标定空间的问题,通过自由移动摄像机在多个方位对虚拟立体靶标进行拍摄,使得多个虚拟立体靶标分布于整个标定空间。摄像机在每个方位对虚拟立体靶标的拍摄都标定出一组摄像机的内、外参数,然后以摄像机内参数和摄像机在各个方位下拍摄的虚拟立体靶标在摄像机坐标系下的位置及姿态参数为优化变量,建立以所有三维靶点位置重投影误差平方和为最小的目标函数,采用非线性优化方法求解摄像机标定参数的最优解。该方法较好地解决了大视场视觉测量中大尺寸靶标加工困难、摄像机标定精度难以保证的问题。仿真和实际标定实验均证明此方法可以有效提高大视场摄像机的标定精度。     

基于光学测棒的立体视觉坐标测量系统的研究

提出了一种基丁测量与校准功能合一的光学测棒的立体视觉坐标测最系统.采用光学测棒作为成像目标,通过任意放置的两台摄像机获取测棒上的发光特征点的图像实现被测物体三维坐标的测量,同时利用测量数据定期对两台摄像机外部方位参数进行校准.深入研究了两台摄像机内部参数和外部方位参数校准过程中的校准件和校准算法的设计,以及系统测量建模等关键技术,提出了相应的解决方案,减小了摄像机内外参数校准及测量模型对测量结果的影响,提高系统的测量精度.实验结果表明.该系统的最大测量误差为0.11 mm.     

基于共面条件的摄像机非线性畸变自校正

由于制造和装配误差难以完全消除,导致摄像机的光学系统存在不同程度的非线性光学畸变现象。为此,利用不同视角采集图像上同名像点共面的基本原理,推导包含非线性畸变模型的共面条件方程,并采用最小二乘解的广义逆法求解非线性畸变参数,确保摄像机的自校正精度;因无需加工和维护成本很高的精密标定板,也不用制作高精度摄像机运动平台,仅通过自由拍摄方式就能够从多视角获得含6个以上编码点的图像,即可获得摄像系统的非线性畸变参数。因此,较传统的摄像机畸变校正方法而言,自校正过程简单快捷,成本低,多个实例证明技术的正确性与实用性。     

基于机器视觉的细水雾液滴尺寸测量与分析

为了满足科研与工程中对细水雾液滴尺寸测量的高精度低成本要求,对雾滴尺寸的机器视觉测量方法进行了深入研究.在自行建立的高压喷雾系统与雾滴采集装置上对细水雾液滴进行了采样,用显微镜及其CCD相机对雾滴样本进行了图像采集,用图像处理软件对采集的雾滴图像进行了处理与分析,测量并统计了5966个雾滴,得到了雾滴尺寸的频谱分布和累积分布以及雾滴平均直径和特征直径,将测量结果与相位多普勒粒子分析仪(PDPA)的测量结果进行了比较.结果表明,机器视觉方法町测量的最小雾滴直径约4.39 μm;机器视觉测量结果与PDPA测最结果相当接近,两种方法测得的细水雾液滴平均直径和特征直径的相对误差均在5%以内,雾滴尺寸均匀度指数的相对误差为0.27%.     

基于新型靶的CCD摄像系统畸变测量与校正

深入研究了测试图案对测量畸变的影响。提出"一靶测试法"进行畸变测量与校正,拍摄了自行设计、制作的"综合点阵靶板"的畸变图像,图像处理得到其畸变点位置,并与理想点位置进行对应比较。建立多项式模型确定畸变点与理想点的位置校正关系,理想点位置由理想成像得到,并运用最小二乘拟合算法求得多项式系数,标定整个CCD摄像系统的畸变。"综合点阵靶板"采用灰色圆点黑色间带图案,方便了点按序标记排列,从而确定畸变点与理想点的一一对应。对2.6 mm焦距的广角CCD镜头摄像系统进行了畸变测量与校正,其重复测量,校正精度达到0.3%。     

单摄像机虚拟立体视觉测量技术研究

以双目立体视觉传感器三维测量模型为基础,提出了一种用于测量空间三维点坐标的低成本单摄像机模型。该模型利用光学成像,把单摄像机镜像为一对虚拟摄像机,在一个CCD像面上采集到同一物体存在视差的两幅图像,从而恢复空间点的三维信息。讨论了单摄像机传感器测量空间三维点坐标的基本原理,建立了单摄像机传感器的测量模型,克服了双摄像机系统中成本高、切换采集左右摄像机的图像使检测速度减慢等诸多缺陷,为空间三维点的精密测量提供了经济、快速、有效的测量途径。实验表明．传感器可实现约0．8％的相对测量精度．证明了本方案合理、有效。