一種三維視覺傳感系統(tǒng)信息處理方法的軟硬件實現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)代制造業(yè)中工業(yè)機器人被大量使用，隨著柔性裝配、智能制造系統(tǒng)的發(fā)展，被機器人操作的對象幾何尺寸隨機分布，被跟蹤目標軌跡實時變化，這些對機器視覺傳感系統(tǒng)提出了更高的要求。研制實時性好、測量精度高、參數(shù)提取簡單、通用性好的三維機器視覺傳感系統(tǒng)，對多種與智能檢測、模式識別等相關(guān)的工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。
　　機器視覺檢測技術(shù)具有非接觸測量、精度高、速度快、操作維護簡單等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用。主動式結(jié)構(gòu)光法是其中比較成熟的一種測量方法，近幾年提

2、出多種提高其測量精度、擴大應(yīng)用范圍的措施，當前正積極開發(fā)基于此方法的多種工業(yè)應(yīng)用三維測量系統(tǒng)。
　　本文傳感系統(tǒng)是基于激光三角法的點結(jié)構(gòu)光機器視覺三維測量方法，通過旋轉(zhuǎn)棱鏡將點激光掃描出一個截面，根據(jù)反射到 CCD上光斑中心的位置，能逐點測量出掃描截面上的離散點，再將傳感器沿垂直于掃描截面方向移動，即可獲取由三維點云組成的被測物體輪廓。本文采用智能傳感器和上位機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了上位機運算量，使傳感器更方便使用。
　　使用P

3、rotel軟件設(shè)計了核心芯片為EP2C20的圖像預(yù)處理硬件電路，集成了攝像頭信號采集模塊、FPGA核心處理模塊、USB通信模塊等。設(shè)計了圖像采集實驗，在上位機串口調(diào)試工具中獲得了完整的測試圖像，表明電路各模塊連接良好，工作穩(wěn)定。
　　在Quartus中對FPGA邏輯編程，設(shè)計了極值輸出模式和全幀輸出模式。預(yù)處理板能高速采集圖像灰度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時中值和均值濾波處理并采用極值法求出圖像光斑中心，通過USB通信控制模塊將一幀圖像中包括光

4、斑中心位置、灰度和當前掃描角度在內(nèi)的共6字節(jié)有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C。特別設(shè)計的快速中值濾波模塊，算法簡單、運算速度快，對實時圖像處理有廣泛應(yīng)用價值。
　　在VC++6.0開發(fā)環(huán)境中編寫了傳感器應(yīng)用程序，實現(xiàn)了與USB的通信，并將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物體三維坐標數(shù)據(jù)，設(shè)計了美觀實用的界面，并可方便查看實時數(shù)據(jù)。在OpenGL圖形接口中，設(shè)計了三維彩色顯示模型，實現(xiàn)了光照渲染、模型平移縮放和旋轉(zhuǎn)等基本功能。
　　建立了攝像頭像素號和深度

5、坐標系，易于實現(xiàn)尺寸測量，標定實驗表明，在80mm-210mm測量范圍內(nèi)像素號與深度之間最大非線性誤差0.7428％，均方差為441.6μm。提出了激光掃描偏角簡易標定方法，經(jīng)過兩次實驗標定修正掃描偏角后，平板測量實驗中不同掃描角度下測量均方差為62.26μm，具有較高精度。將傳感器安裝在直角坐標機器人上，掃描了幾種典型零件的三維輪廓，在上位機程序中零件輪廓顯示清晰，測量誤差較小，為后續(xù)基于三維視覺的模式識別、機器人控制等應(yīng)用打下了堅實