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机器视觉定位的原理及特征

摘要: 一、什么是机器视觉定位？狭义：即坐标的定位，多个坐标系（一般是机械坐标系和图像坐标）的坐标转换，输入一个坐标系通过转换定位到另一个坐标系的位置。广义：全称应该叫做视觉定位系统。把相机安装在机 ...

一、什么是机器视觉定位？

狭义：即坐标的定位，多个坐标系（一般是机械坐标系和图像坐标）的坐标转换，输入一个坐标系通过转换定位到另一个坐标系的位置。

广义：全称应该叫做视觉定位系统。把相机安装在机构平台上，通过相机拍摄定位出视野范围内的产品，通过数据传输，引导机器人抓取，并摆放在设定好的位置上。

二、为什么要进行视觉定位

简单来讲机器视觉其实就是用机器来代替人的眼睛来做判断。机器视觉方案不仅可以提高生产的灵活性和自动化，另外在一些不适合人员作业的危险工作环境或者人眼难以判读的状况下，就需要机器视觉来替代人工视觉。

三、机器视觉定位的原理以及特征

1、原理

机器视觉系统是通过机器视觉产品转化为图像信号，传送给图像处理系统，得到目标产品的形态信息，根据像素分部和亮度，颜色等信息，然后再转变成数字化信号（坐标角度信息），图像系统对这些信号进行各种运算，转换，从而将计算的结果通过各种通信将控制设备的运动。

2、特征：

（1）视觉定位是一种综合技术，包括数字图像处理技术，机械工程技术，控制技术，电光源照明技术，光学成像技术，传感器技术，模拟和数字视频技术以及计算机。以及硬件技术，人机界面技术等。只有对多种技术进行调整和应用，它们才能配置成功的工业机器视觉系统。

（2）工业机器视觉需要适应恶劣的工业生产环境，同时具有合理的性价比，较高的容错性，安全性和通用的工业接口，因此须强调实用性。只有这样，普通工人才能操作它。

（3）工业机器视觉强调实时性，需要高速和高精度，因此目前很难将许多计算机视觉和数字图像处理技术应用于机器视觉，实际上开发速度要快得多比工业生产中的实际应用速度。

（4）工业机器视觉研发工程师须具备学习数学理论，编译计算机软件以及集成灯光，机械和电气的能力。

四、机器视觉定位的应用

针对物料定位的应用分为单物料与双物料两种大的场景：

名词解释——

· 机台：机械手，移动平台等硬件以及相关软件系统的统称作为一个整体的机构平台

· 基准位置：物料的一个位置，此位置在不要相机引导的情况下，机台默认能够进行正确的抓取，放置，贴合并达到精度要求

· 位移差：生产过程中物料的位置与基准位置的偏移量，包含X,Y,A（角度）。

1、单物料的抓取，纠偏，放置

（1）抓取：在生产过程中需要抓取的物料真实位置（x,y）以及角度(angel)不确定，相机对需要抓取的物料拍照后将图像传送到图像处理系统，系统对图像进行找点处理，找出机台需要的点坐标转换成真实坐标以及物料的角度，处理系统将真实坐标和角度传送给机台旋转平移后对物料进行抓取

（2）纠偏：生产过程中机台的抓取，放置位置是固定的，物料被抓取到拍照位仍有偏差，此时需要相机对物料拍照后将图像传送到图像处理系统，系统对图像进行找点处理，找出机台需要的点坐标与此点在基准位置的坐标的位移差（XYA），然后将位移差转换成位移差的真实坐标，处理系统将位移差的真实坐标传送给机台对物料进行位移差的补偿（先旋转再平移）

（3）放置：在生产过程中需要放置的物料真实位置（x,y）以及角度(ange)不确定，相机对需要放置位置拍照后传送到图像处理系统，系统对图像进行找点处理，找出机台需要的点坐标转换成真实坐标以及物料的角度，处理系统将真实坐标和角度传送给机台旋转平移后将物料放置

涉及的功能：

· 物料有角度时，且机台的移动坐标轴与旋转中心轴不在同一点，机台进行旋转平移时，旋转后的坐标偏移量会发生变化。此时需要通过计算得出旋转过后新的平移量

在这里插入图片描述

· 当物料的抓取（放置）的点无明显特征或有硬件条件限制时，图像处理系统需要获取物料上的特征点与抓取（放置）点的固定的相对位置，然后根据拍到物料的特征点，计算出需要抓取，放置的点。

（4）对位贴合：生产过程中两个物料需要进行贴合并且由于硬件条件限制，两个物料与基准位置对比都有位移差且不能分别对两个物料进行纠偏处理，只有其中一个物料的机台能进行旋转移动的情况下。此时需要相机对需要抓取（放置）的物料拍照后将图像传送到图像处理系统，系统对图像进行找点处理，找出机台需要的点坐标与此点在基准位置的坐标的位移差（XYA），将两个物料通过相机间的标定将两个物料的位移差统一到可旋转的物料的机台中。通过数学计算后将得出的位移差转换成真实坐标，处理系统将位移差的真实坐标传送给机台对一个物料的机台进行位移差的补偿（先旋转再平移）

对于其他复杂场景都是基于上述应用的变化。