基于視覺系統的在線式移動物體的識別與定位淺析

潘秀麗 金晶 曹惠紅 廣州華夏職業學院

基于視覺系統的在線式移動物體的識別與定位淺析

潘秀麗 金晶 曹惠紅 廣州華夏職業學院

在傳統的人工作業中，一條生產線上需要數十個工人進行食品的分揀、分類、排列和包裝等流程，這種方法不但耗費大量的人力，而且會因為人的體力消耗以及長時間的機械動作而產生的視覺疲勞經常會引起失誤，同時對食品衛生安全等造成威脅。

機器視覺 圖像處理 邊緣檢測 重心檢測

一般來講，機器視覺就是利用專業的工業攝像機取代替人的眼睛捕獲感興趣的目標物體圖像，并應用計算機技術替代人的大腦來對物體進行識別、測量以及判斷［1］，也即是通過工業攝像機的自動成像系統獲取目標物圖像信息并通過計算機軟件系統進行自動識別處理，來識別目標物的外觀輪廓信息，并針對目標的外觀進行自動測量和判斷。

一、機器視覺的應用現狀

廣泛來說機器視覺的應用［2］主要集中在機器人視覺和工業視覺檢測兩個方面：

（1）機器人視覺：通過機器視覺系統將感興趣的目標物轉換成圖像信號，然后通過傳輸系統傳送給圖像處理模塊，由圖像處理模塊來提取感興趣的目標物信息，并抽取處目標物的特征，最后根據判別的結果來控制現場的設備動作。（2）機器視覺檢測：機器視覺檢測分為高精度的定量檢測和對精度要求不高的定性檢測。

在當今社會，需求決定著產品，機器視覺產品也是如此。在中國機器視覺未來的發展主要表現為以下一些特性［3］：（1）機器視覺產品的需求呈上升趨勢［4］。在國家的十二五所提出的規劃當中，許多行業涉及到機器視覺的應用也越來越多。（2）標準化、一體化的解決方案［5］。隨著中國加工制造業的發展，用戶的需求也會是多樣化的，因此一體化的解決方案也就成為了機器視覺系統的發展方向。

二、系統設計

（一）軟件設計。所謂軟件系統是在計算機系統的支持下，對人們認知世界和支配事物的各種抽象集合的具體實現，是不需要用戶干預的各種程序的集合。它的主要功能是在計算機軟硬件系統的支持下，應用網絡技術來實現調度、監控和維護除計算機系統外的各種獨立的硬件設備；并且在計算機系統的監控和協調下使得各種硬件設備可以協調工作以達到系統需求分析中要求實現的功能。

（二）硬件設計

基于機器視覺的在線式移動物體識別與定位系統的總體硬件應有。如下三個模塊，模塊組成如圖1所示：

圖1　系統的硬件方案圖

圖像采集系統主要由照明系統、拍照環境、CCD圖像傳感器和USB數據傳輸模塊組成的。如圖2所示：

圖2　圖像采集系統

系統的圖像處理模塊［6］：基于機器視覺的在線式移動物體識別與定位系統的圖像處理模塊也即圖像處理的軟件設計部分，這一部分需要的硬件設備由PC提供。

機械手臂及其控制模塊［7］：系統采用四自由度的機械手臂，根據圖像處理的速度、機械手臂的工作頻率以及工業生產中生產線的速度最終確定機械手臂的個數及其安裝的具體位置。

三、系統實現

（一）圖像采集模塊的實現。機器視覺的主要工作原理就是從攝像機捕獲的目標物圖像信息中對三維世界中的目標物體信息進行識別和提取。攝像機成像的物理和光學原理決定的幾何模型，造成了現實世界中物體表面的點在攝像機成像的圖像中是如何對應的。而這一幾何模型構成的參數就是由攝像機內部參數提供的。獲取這些參數的過程就是攝像機的標定的過程［8］。

（二）圖像濾波算法的實現。攝像機采集到的圖像在采集的過程中和傳輸過程中或多或少會加入噪聲干擾，因此首先需要對采集到的圖像進行預處理，使攝像機拍到的圖像更有利于進行后續處理即是圖像增強。它的基本目的是使經過增強處理后的輸出圖像跟原始圖像相比較具有更適合于觀察的特點。

（三）圖像邊緣提取的設計與實現。圖像經過二值化之后已經將物體從背景當中分離出來了，此時對二值圖像進處理計算量會比較大，而且不容易對所需要的物體進行識別，這是需要對二值化提取出的物體圖像進行邊緣檢測，提取出圖像中物體的具體輪廓來，以便于物體的識別和定位。

（四）物體識別設計與實現。根據圓形度提取經過邊緣提取處理后的圖像，進而對處理過的特征圖像進行特征計算；據此可以根據物體的特征值將不同的特征的物體區別出來。并將物體在圖像中的坐標位置定位出來，轉換為實際的坐標空間的位置來實現物體的定位。

（五）物體的定位。物體的定位就是利用重心檢測提取出物體的重心坐標，完成圖像中物體的識別與定位操作，最后顯示圖像中物體的位置信息

結論：隨著國內產業的發展趨勢，機器視覺的應用也會越來越廣泛，同時由于大規模的機器視覺的應用也會促成統一開放的標準的建立，最終會促使機器視覺在工業自動化生產方面當中的應用走向標準化、一體化的解決方案，機器視覺的應用也將進一步促進自動化技術向智能化方向發展。

［1］ 耿瑞芳.基于視覺系統的六軸機械手的設計與實現——視覺系統的設計與實現.2006

［2］ 楊海濤.機器視覺檢測算法研究與實現［D］.吉林：吉林大學.2002

［3］ 胡興軍 等.機器視覺技術及其在包裝印刷質量檢測中的應用.2004

［4］ 馮江.基于構件的印刷品缺陷檢測機器視覺系統軟件開發研究.2008