機器人視覺

從六十年代開始，人們着手研究機器視覺系統。一開始，視覺系統只能識別平面上的類似積木的物體。到了七十年代，已經可以認識某些加工部件，也能認識室內的桌子、電話等物品了。當時的研究工作雖然進展很快，但卻無法用於實際。這是因為視覺系統的信息量極大，處理這些信息的硬件系統十分龐大，花費的時間也很長。

隨着大規模集成技術的發展，計算機內存的體積不斷縮小，價格急剮下降，速度不斷提高，視覺系統也走向實用化了。進入八十年代後，由於微計算機的飛速發展，實用的視覺系統已經進入各個領域，其中用於機器人的視覺系統數量是很多的。 ^[2] 

客觀世界中三維物體經由傳感器(如攝像機)轉變為二維的平面圖像，再經圖像處理，輸出該物體的圖像。通常機器人判斷物體位置和形狀需要兩類信息，即距離信息和明暗信息。當然作為物體視覺信息來説，還有色彩信息，但它對物體的位置和形狀識別不如前兩類信息重要。機器人視覺系統對光線的依賴性很大，往往需要好的照明條件，以便使物體所形成的圖像最為清晰，檢測信息增強，克服陰影、低反差、鏡反射等問題。 ^[3] 

1．TV攝像機

羣攝像機是典型的視覺信息輸入裝置，它有下列幾種配置情況。

①一台攝像機。包括：普通的TV攝像機、HDTV攝像機、高速攝像機等，或者是黑白、彩色、紅外線攝像機。

②用作多目視覺的攝像機。包括：立體視覺需要兩台攝像機、三目視覺需要三台攝像機等。

③分散配置攝像機。自從攝像機變得小型和廉價後，開始允許在環境周圍配置多台攝像機，從而達到攝像機的最佳組合效果。攝像機的參數，如焦距、光圈、變焦、攝像機的方向(方位角、俯仰角)等均可以由計算機程序控制。

2．距離測量裝置

把激光和紅外線發射出去，它們碰到物體以後，就會產生反射光。利用對反射光方向和時間的測量，可以測定物體的距離，依據這種測距原理(稱為有源方式)製作的產品已經開始在市場上銷售。但是，用多目視覺測量距離通常採用多台TV攝像機，它不屬於此列。

3．圖像處理裝置

從圖像中提取特徵並進行高速處理，產生對應的相似圖像的裝置稱為圖像處理裝置。它的硬件包括專用LSI(Large Scale Inte—grated circuit，大規模集成電路)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，現場可編輯門陣列)、DSP(Digital Signal Processor，數字信號處理器)等，以及它們的組合系統。

4．計算機

機器人視覺多數都採用PC機。為了能達到高速處理的效果，人們往往將包含多個處理器的PC，或者以高速網絡形式連接的多個PC結合成組合PC羣等。

①對給定大小、色彩模式等的圖像和類似的圖像範圍進行檢測，或者跟蹤。

②利用多目視覺或距離測量裝置得到距離圖像。

③利用時序圖像，求圖像內各個像素能運行狀態(光流場)。

④由時序圖像檢測運動物體，並進行跟蹤。

⑤根據圖像處理的結果，改變攝像機的參數和方向，或者移動攝像機的整體位置，或者改善照明條件(主動視覺)，以便獲得更好的輸入圖像。

經過上述功能組合後的視覺系統，可以應用到檢查、監視(對廠區內異常現象的監視或對室內外可疑人物的監視)、裝配、加工、分類、移動(與地圖的匹配或障礙物迴避)，以及對人的檢查和識別等場合。 ^[1] 

機器人視覺的應用領域有以下幾方面：

①為機器人的動作控制提供視覺反饋。其功能為識別工件，確定工件的位置和方向以及為機器人的運動軌跡的自適應控制提供視覺反饋。需要應用機器人視覺的操作包括：從傳送帶或送料箱中選取工件、製造過程中對工件或工具的管理和控制，例如，使焊槍沿SHx,i-於邊緣或其特徵的預定路徑移動以及有感知反饋的裝配操作。

②移動式機器人的視覺導航。這時機器人視覺的功能是利用視覺信息跟蹤路徑，檢測障礙物以及識別路標或環境，以確定機器人所在方位。

③代替或幫助人工對質量控制、安全檢查進行所需要的視覺檢驗。 ^[4]