雙目視覺(jué)快速匹配在噴涂機(jī)器人中的應(yīng)用

崔線線，陳萍萍，袁井偉，馬志強(qiáng)

內(nèi)蒙古大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000

0 引言

噴涂機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)和表面噴涂工藝結(jié)合的產(chǎn)物。1961年，第一臺(tái)商用工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世，開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的先河，現(xiàn)如今噴涂機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空等領(lǐng)域，用來(lái)代替環(huán)境惡劣、危害人身的作業(yè)[1]。

本文在現(xiàn)有噴涂機(jī)器人的基礎(chǔ)上安裝攝像頭，使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)識(shí)別拍攝的圖像，其結(jié)果用于調(diào)用預(yù)先編寫(xiě)的子程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴涂作業(yè)，從而提高噴涂機(jī)器人的智能化。

1 系統(tǒng)平臺(tái)的搭建

圖1 雙目視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，采用兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)反向放置，在攝像機(jī)前面各放置一平面鏡。照明系統(tǒng)采用分體式設(shè)計(jì)，以任意角度為視覺(jué)系統(tǒng)提供照明。控制器連 接光電傳感器控制拍照時(shí)間，將拍攝的圖像保存在本地磁盤(pán)中，對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)操作。系統(tǒng)需要預(yù)先標(biāo)定，本文使用標(biāo)定工具為Camera Cal ibration Toolbox。

2 相機(jī)標(biāo)定

雙目視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)定用來(lái)確定視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)R（旋轉(zhuǎn)矩陣）和T（平移矢量）[2]。Bougue的Mat lab標(biāo)定工具箱可以進(jìn)行立體標(biāo)定，標(biāo)定物采用黑白棋盤(pán)格。具體標(biāo)定過(guò)程如下。

1）啟動(dòng)工具箱，將左右攝像頭獲取的棋盤(pán)格圖片序列讀入。

2）首先對(duì)一個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，得到該攝像頭的內(nèi)參數(shù)，保存結(jié)果。

3）重復(fù)以上操作，對(duì)另一個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定。

4）打開(kāi)立體標(biāo)定工具，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行立體標(biāo)定。

3 圖像預(yù)處理

圖像預(yù)處理是雙目視覺(jué)中重要的處理環(huán)節(jié)，主要目的是改善圖片質(zhì)量，有利于計(jì)算機(jī)后續(xù)處理步驟的進(jìn)行[3]。由于拍攝的圖像受零均值的高斯噪聲的影響嚴(yán)重，本文使用Mat lab實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的均值濾波和高斯平滑。

均值濾波是借助模板與圖像進(jìn)行卷積運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，本文使用5×5模板對(duì)圖像進(jìn)行均值濾波處理，然后使用sigma=0.8的3×3高斯模板對(duì)其進(jìn)行高斯平滑二次濾波。該部分的Mat lab實(shí)現(xiàn)為：

以上代碼中，bw為二值圖像，對(duì)其均值濾波后得到圖像j。定義高斯平滑模板h并用其對(duì)j進(jìn)行高斯平滑，最終得到圖像g，濾波處理前后對(duì)比效果如圖2所示。

圖2 原圖像（左）與濾波后圖像（右）

4 立體匹配

本文基于SIFT算法進(jìn)行立體匹配，該算法提取局部特征，在尺度空間尋找極值點(diǎn)，提取位置、尺度、旋轉(zhuǎn)不變量。使用工具箱進(jìn)行立體匹配的Mat lab實(shí)現(xiàn)如下：

[image,descrips,locs]=si f t（＇car1.pgm＇）;

match（＇car1.pgm＇,＇car2.pgm＇）;

以上代碼中，car1.pgm、car2.pgm分別是左右攝像機(jī)拍攝的圖像，將其匹配后的結(jié)果如圖3所示。

圖3 特征點(diǎn)匹配結(jié)果

5 結(jié)論

本文對(duì)獲取的原始圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，去除了噪聲的干擾，并通過(guò)SIFT算法成功地對(duì)增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行快速特征點(diǎn)匹配，匹配正確率尚可接受。

[1]蘇景存.基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)器人噴涂技術(shù)研究[D].河北：河北聯(lián)合大學(xué)，2013.

[2]張穎康.關(guān)于攝像機(jī)標(biāo)定與三維重建技術(shù)的研究[D].河北：河北大學(xué)，2008.

[3]石小鳳，樊超.計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在糧食品質(zhì)檢測(cè)中的研究應(yīng)用[J].清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（6） ：54-59.