多維視覺(jué)下機(jī)加工特征快速提取的理論和方法.pdf

1、隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的成熟以及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在機(jī)械加工領(lǐng)域中，引入機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，作為傳統(tǒng)機(jī)械加工設(shè)備性能提高和系統(tǒng)升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)，將是一種必然的趨勢(shì)。對(duì)于一些不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合，常常需要用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高、工作強(qiáng)度大，而用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，且易于實(shí)現(xiàn)息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技

2、術(shù)。因此，將機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于機(jī)械制造加工領(lǐng)域，無(wú)疑對(duì)于提升加工自動(dòng)化水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，將機(jī)器視覺(jué)引入機(jī)械加工裝置，實(shí)現(xiàn)加工特征的快速提取與反饋，構(gòu)造一種視覺(jué)型數(shù)控系統(tǒng)，已成為機(jī)械工程的一個(gè)研究熱點(diǎn)。其中，如何在視覺(jué)系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)加工特征的快速提取是視覺(jué)型數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。 本文以多維視覺(jué)下加工特征的快速提取為目標(biāo)，深入分析和研究了常用的三維視覺(jué)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合三視圖正投影原理，提出了更加符合機(jī)加工特征提取要求的3＋X

3、視覺(jué)，并進(jìn)一步提出了在3＋X視覺(jué)下利用三視圖重構(gòu)實(shí)現(xiàn)加工特征快速提取的理論和方法。主要在以下幾個(gè)方面對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的探討和研究： （1）研究了攝像機(jī)成像模型及其標(biāo)定方法，深入探討了雙目立體視覺(jué)和結(jié)構(gòu)光立體視覺(jué)兩種三維視覺(jué)技術(shù)，分析了基本體素的三視圖投影特征，并結(jié)合立體視覺(jué)系統(tǒng)中三維特征信息恢復(fù)原理和三視圖正投影原理，提出了具備兩者優(yōu)點(diǎn)的3＋X視覺(jué)。 （2）研究了圖像噪聲模型及其濾波器原理，在此基礎(chǔ)上提出了具有細(xì)節(jié)

4、保護(hù)特性的混合濾波算法，并全面地總結(jié)了常用邊緣檢測(cè)算法，對(duì)基于灰度閾值的圖像分割算法，尤其是閾值選取的方法進(jìn)行了深入地研究，最后設(shè)計(jì)了面向3+X視覺(jué)的圖像處理系統(tǒng)。 （3）深入研究了基于CAD幾何模型的三維機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和基于工程三視圖三維實(shí)體重構(gòu)技術(shù)，在兩者的基礎(chǔ)上，提出了基于3＋X視覺(jué)和三視圖重構(gòu)的加工特征提取方法，并深入探討了在3＋X視覺(jué)下實(shí)現(xiàn)三視圖重構(gòu)的一些關(guān)鍵技術(shù)，如模擬三視圖生成算法，分層式三視圖特征匹配表以及視圖間特

5、征點(diǎn)匹配算法。 本文的主要研究結(jié)論和創(chuàng)造性工作如下： （1）提出了按照三視圖正投影規(guī)則布置CCD攝像機(jī)的3＋X視覺(jué)布置方法。這種基于三視圖生成原理的視覺(jué)布置方法能夠很好的獲取工件在各個(gè)主要視圖方向上的特征圖像，便于視圖圖像之間的特征點(diǎn)匹配和三視圖重構(gòu)。 （2）通過(guò)對(duì)圖像噪聲及其典型噪聲濾波算法的深入研究，指出了圖像平滑濾波與圖像細(xì)節(jié)保護(hù)之間的矛盾，在對(duì)大量圖像預(yù)處理算法分析研究的基礎(chǔ)上，提出了具有圖像細(xì)節(jié)保護(hù)特性

6、的混合濾波算法；此外，對(duì)圖像特征提取的算法進(jìn)行了全面的研究，通過(guò)分析比較各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，選用了DALSA公司Sapera Processing圖像處理軟件包提供的高度優(yōu)化圖像處理算法實(shí)現(xiàn)了3＋X視覺(jué)的圖像處理系統(tǒng)。該圖像處理系統(tǒng)具有較好的噪聲抑制能力，能夠快速提取工件圖像的邊緣特征，結(jié)合邊緣平滑處理算法，平均處理時(shí)間在100ms左右。 （3）研究了基于三視圖的三維實(shí)體重構(gòu)技術(shù)，提出了不同于其的基于3＋X視覺(jué)的三視圖重構(gòu)技術(shù)，解

7、決了由關(guān)聯(lián)圖像生成模擬三視圖的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于三視圖正投影規(guī)則的視圖圖像特征點(diǎn)匹配算法和用于記錄匹配特征點(diǎn)的分層式三視圖特征匹配表。這種特征點(diǎn)匹配算法能夠模擬人工讀圖的思路匹配出各個(gè)視圖圖像之間的特征點(diǎn)，并逐一配對(duì)的記錄在分層式三視圖特征匹配表中，而分層式三視圖特征匹配表的設(shè)計(jì)則很好地反映了視圖圖像特征點(diǎn)匹配的關(guān)系，為工件加工特征信息的提取提供了重要信息來(lái)源。 目前，關(guān)于視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于加工過(guò)程的研究還處于初級(jí)階段，大量的研究尚未