机器人视觉

机器人视觉，是指不仅要把视觉信息作为输入，而且还要对这些信息进行处理，进而提取出有用的信息提供给机器人。今天的视觉技术已经能够识别人的手势和面部表情了，即人机界面的功能也可以实现。

中文名：机器人视觉

外文名：roboticvision

1、发展

从六十年代开始，人们着手研究机器视觉系统。一开始，视觉系统只能识别平面上的类似积木的物体。到了七十年代，已经可以认识某些加工部件，也能认识室内的桌子、电话等物品了。当时的研究工作虽然进展很快，但却无法用于实际。这是因为视觉系统的信息量极大，处理这些信息的硬件系统十分庞大，花费的时间也很长。

随着大规模集成技术的发展，计算机内存的体积不断缩小，价格急剐下降，速度不断提高，视觉系统也走向实用化了。进入八十年代后，由于微计算机的飞速发展，实用的视觉系统已经进入各个领域，其中用于机器人的视觉系统数量是很多的。

2、工作原理

客观世界中三维物体经由传感器(如摄像机)转变为二维的平面图像，再经图像处理，输出该物体的图像。通常机器人判断物体位置和形状需要两类信息，即距离信息和明暗信息。当然作为物体视觉信息来说，还有色彩信息，但它对物体的位置和形状识别不如前两类信息重要。机器人视觉系统对光线的依赖性很大，往往需要好的照明条件，以便使物体所形成的图像最为清晰，检测信息增强，克服阴影、低反差、镜反射等问题。

3、硬件装置

1．TV摄像机

群摄像机是典型的视觉信息输入装置，它有下列几种配置情况。

①一台摄像机。包括：普通的TV摄像机、HDTV摄像机、高速摄像机等，或者是黑白、彩色、红外线摄像机。

②用作多目视觉的摄像机。包括：立体视觉需要两台摄像机、三目视觉需要三台摄像机等。

③分散配置摄像机。自从摄像机变得小型和廉价后，开始允许在环境周围配置多台摄像机，从而达到摄像机的最佳组合效果。摄像机的参数，如焦距、光圈、变焦、摄像机的方向(方位角、俯仰角)等均可以由计算机程序控制。

2．距离测量装置

把激光和红外线发射出去，它们碰到物体以后，就会产生反射光。利用对反射光方向和时间的测量，可以测定物体的距离，依据这种测距原理(称为有源方式)制作的产品已经开始在市场上销售。但是，用多目视觉测量距离通常采用多台TV摄像机，它不属于此列。

3．图像处理装置

从图像中提取特征并进行高速处理，产生对应的相似图像的装置称为图像处理装置。它的硬件包括专用LSI(LargeScaleInte—gratedcircuit，大规模集成电路)、FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编辑门阵列)、DSP(DigitalSignalProcessor，数字信号处理器)等，以及它们的组合系统。

4．计算机

机器人视觉多数都采用PC机。为了能达到高速处理的效果，人们往往将包含多个处理器的PC，或者以高速网络形式连接的多个PC结合成组合PC群等。

4、功能

①对给定大小、色彩模式等的图像和娄似的图像范围进行检测，或者跟踪。

②利用多目视觉或距离测量装置得到距离图像。

③利用时序图像，求图像内各个像素能运行状态(光流场)。

④由时序图像检测运动物体，并进行跟踪。

⑤根据图像处理的结果，改变摄像机的参数和方向，或者移动摄像机的整体位置，或者改善照明条件(主动视觉)，以便获得更好的输入图像。

经过上述功能组合后的视觉系统，可以应用到检查、监视(对厂区内异常现象的监视或对室内外可疑人物的监视)、装配、加工、分类、移动(与地图的匹配或障碍物回避)，以及对人的检查和识别等场合。

5、应用

机器人视觉的应用领域有以下几方面：

①为机器人的动作控制提供视觉反馈。其功能为识别工件，确定工件的位置和方向以及为机器人的运动轨迹的自适应控制提供视觉反馈。需要应用机器人视觉的操作包括：从传送带或送料箱中选取工件、制造过程中对工件或工具的管理和控制，例如，使焊枪沿SHx,i-于边缘或其特征的预定路径移动以及有感知反馈的装配操作。

②移动式机器人的视觉导航。这时机器人视觉的功能是利用视觉信息跟踪路径，检测障碍物以及识别路标或环境，以确定机器人所在方位。

③代替或帮助人工对质量控制、安全检查进行所需要的视觉检验。