基于傳感器技術(shù)的機(jī)器人視覺應(yīng)用

林 濤 毛朝慶

(重慶電子工程職業(yè)學(xué)院電子與物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院，重慶 401331)

1 機(jī)器人視覺

機(jī)器人視覺指的是能夠使周圍環(huán)境被機(jī)器人的視覺感知系統(tǒng)識別，同時這種識別功能也是機(jī)器人的最重要的組成部分，機(jī)器人通過視覺傳感器對周遭環(huán)境進(jìn)行識別后形成圖像，在進(jìn)行一系列的分析與解釋之后，將其轉(zhuǎn)化為符號，使機(jī)器人能夠分辨物體的屬性以及確定物體的位置。

機(jī)器人視覺通常簡稱為機(jī)器視覺，其工作原理相較計算機(jī)視覺原理有所不同。機(jī)器視覺更加傾向于應(yīng)用能力下的轉(zhuǎn)用視覺系統(tǒng)，工作過程強(qiáng)調(diào)了對任務(wù)相關(guān)事物的識別。機(jī)器人視覺主要由獲取、分析、輸出圖像等步驟組成，就單圖像獲取模塊來說，由光感和照明系統(tǒng)，視覺傳感器、轉(zhuǎn)換和存儲器等組成。在功能方面可以劃分為兩種，一種是視覺檢驗，另一種則是視覺引導(dǎo)。機(jī)器人視覺被大量用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)以及軍事等領(lǐng)域，這其中80%被用于檢測。

2 視覺傳感器及其種類

2.1 視覺傳感器的原理及特點

目前傳感技術(shù)發(fā)展比較成熟的有7種，而視覺傳感技術(shù)位列其中，基于視覺傳感技術(shù)的視覺傳感器是機(jī)器人通過獲取畫面進(jìn)行相應(yīng)的成像處理，并分析出原物體的各種特征數(shù)值，主要有大小、重量、形狀、位置等信息，再進(jìn)行分析與解釋，將數(shù)據(jù)輸出并分析結(jié)果可靠性的一種傳感器。其主要的原理是，通過光學(xué)元器件和成像裝置來獲取環(huán)境的圖像信息，并利用圖像分辨率來描述視覺傳感器的性能，主要影響傳感器精確度的因素有圖像的分辨率高低、實景物體距離視覺傳感器的遠(yuǎn)近，分辨率越低、實景物體距離越遠(yuǎn)精確度就越差。

2.2 視覺傳感器的種類劃分

2.2.1 3D視覺傳感器

3D視覺傳感器依托于3D視覺傳感器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，以其優(yōu)良的應(yīng)用性能被應(yīng)用在攝影攝像、通信、汽車傳感系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)分析、虛擬場景、科研等眾多領(lǐng)域，而這些應(yīng)用均是以3D視覺圖像傳感技術(shù)為基礎(chǔ)。3D視覺傳感技術(shù)其是利用3D攝像頭采集空間內(nèi)三維坐標(biāo)的空間信號信息，通過計算對成像進(jìn)行復(fù)原，這種技術(shù)的好處就是不易受到外界因素的干擾，尤其是光線、技術(shù)上更加穩(wěn)定，成像更加清晰。

2.2.2 智能視覺傳感器

智能視覺傳感器對我們來說是陌生的，我們平常使用的智能照相機(jī)的學(xué)名就是智能視覺傳感器，作為突破瓶頸發(fā)展的新型視覺傳感技術(shù)，其實現(xiàn)了匯集圖像采集、處理和信息傳遞功能的小型機(jī)器視覺系統(tǒng)，是一種基于計算機(jī)視覺系統(tǒng)發(fā)展而來的傳感器。它能夠?qū)讉€復(fù)雜的模塊組成一個系統(tǒng)，包括傳感器、處理器、通訊和其他外設(shè)等，通過一體化系統(tǒng)的設(shè)計，降低了復(fù)雜功能實現(xiàn)的難度，提高了工作的效率，同時在形體上設(shè)計超出了傳統(tǒng)的理念，開拓了視覺技術(shù)的發(fā)展新方向。智能視覺傳感器具有使用方式簡單、維護(hù)方式便捷等優(yōu)勢，在短時間內(nèi)得到了迅速地發(fā)展。

3 視覺傳感器的應(yīng)用

3.1 機(jī)器人車身視覺檢測系統(tǒng)

移動機(jī)器人的制造過程中對于機(jī)器人車身的各項數(shù)據(jù)指標(biāo)都非?？量蹋瑢嚿淼臋z測技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的檢測采用三坐標(biāo)檢測機(jī)不能滿足檢測需求。這種檢測方式不僅操作較為困難，且檢測的速度相對較慢、檢測周期較長，在這種檢測壓力下，很多車輛制造商采用的是抽檢的方式進(jìn)行檢測，這對于車輛的安全性能來說是存在一定隱患的。而擋風(fēng)玻璃的尺寸、車門安裝的棱邊位置、定位孔的對應(yīng)位置等指標(biāo)影響度很大，因此需要視覺傳感器發(fā)揮位置精準(zhǔn)定位的重要作用，主要規(guī)范棱邊、位置、定位孔、表面的空間位置及尺寸。這是汽車生產(chǎn)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，各項指標(biāo)調(diào)整到最佳后，將車身置于框架中，因此需要更加科學(xué)地規(guī)劃傳感器的位置，在數(shù)量和位置上都要進(jìn)行嚴(yán)格地把控，且按照相對應(yīng)的檢測需求安置不同類型的傳感器裝置。在車輛傳感器測量系統(tǒng)中，需要將車身安放在之前設(shè)定好的精確檢測點位上，之后傳感器按照相關(guān)程序的設(shè)定進(jìn)行有序地檢測，計算計進(jìn)行圖像的采集并對于圖像進(jìn)行相對應(yīng)地處理，計算出被檢測位置的相關(guān)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用計算機(jī)對輸出值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較分析，得出準(zhǔn)確無誤的數(shù)據(jù)結(jié)果之后，完成檢驗將車身移出檢測位置。

3.2 三維形貌視覺測量系統(tǒng)

三維形貌視覺測量系統(tǒng)是基于逆向工程、產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計、管理以及產(chǎn)品制造的視覺檢測技術(shù)。三維形貌視覺測量的工作原理是同時將非接觸視覺、迅速測量以及分辨率較高的數(shù)字成像技術(shù)相結(jié)合。這種測量技術(shù)一般被用于檢測體積較大且外形不規(guī)則的物體，其主要有兩個類別：局部三維信息成像和整體拼接。首先是通過視覺傳感器對檢測物的局部信息進(jìn)行全方位地掃描與測量，之后通過拼接技術(shù)將局部信息進(jìn)行有效拼接獲得完整圖像。傳感器的掃描測頭通常應(yīng)用雙目立體視覺測量的工作原理設(shè)計而來。實現(xiàn)整體拼接的工作是將測量而得到的局部信息全部投放至公共坐標(biāo)，進(jìn)而得到檢測物體的整體圖像。采用分辨率極高的相機(jī)對檢測物體的不同位置進(jìn)行信息的收集，使用光束定向交匯平差的原理實現(xiàn)點坐標(biāo)控制的同時建立起公共坐標(biāo)，之后將公共坐標(biāo)的每一個點信息進(jìn)行有效地連接、轉(zhuǎn)換以及拼接。

4 結(jié)語

視覺系統(tǒng)基于視覺傳感技術(shù)更加精確地實現(xiàn)對物體的圖像收集以及處理，進(jìn)而將數(shù)據(jù)分析傳遞給相關(guān)工作人員。視覺傳感器的面市，不僅僅能夠打破傳統(tǒng)檢測的局限性，同時也能夠促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的健康發(fā)展，對于人類社會來說，是一種科技不斷面向成熟的標(biāo)志。