前言 計(jì)算機(jī)視覺的應(yīng)用大致上可以分成定位、量測、識別、缺陷檢測四大類，其中以定位的應(yīng)用最為廣泛。機(jī)器視覺系統(tǒng)可以用來檢視主機(jī)板上的電子組件，也可以用來控制機(jī)械手臂，在機(jī)械手臂上加裝CCD，利用影像辨識的定位，帶動機(jī)械手臂來做病毒研究、藥物混合等一些高危險(xiǎn)性的醫(yī)療研究。除了精準(zhǔn)之外，對人類的生命也比較有安全保障。 影像定位后的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 市面上影像比對的函數(shù)庫（Library）很多，使用者可以自行選用合適的函數(shù)庫。以下所提的系統(tǒng)采用Euresys公司開發(fā)的eVision EasyMatch，這是一種基于灰度相關(guān)性的圖像匹配函數(shù)庫，速度非?？欤夷軌蜻_(dá)到次像素（sub-pixel）精度的匹配結(jié)果。對于旋轉(zhuǎn)、比率變化（縮/放）和平移等，都能精確找到模板圖像（Golden Image）的位置。故本文僅對影像定位后的二維坐標(biāo)產(chǎn)生的“位移”與“旋轉(zhuǎn)”做探討。 ● 坐標(biāo)位移 公式：X2 = X1 + ΔX Y2 = Y1 + ΔY [align=center] 圖1 坐標(biāo)位移示意圖 [/align] ● 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn) （1）將（X1,Y1）轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)→ （X1,Y1） = （R1,θ1） 其中，R1 = √X12 + Y12 θ1 = arctan（ Y1 / X1 ），即反正切函數(shù) （2）θ2 = θ1 + θ，其中，θ= 表示旋轉(zhuǎn)角度 得出 X2 = Cos （θ2） ＊ R1 = Cos （arctan（Y1/X1）+θ） ＊ √X12 + Y12 Y2 = Sin（θ2） ＊ R1 = Sin（arctan（Y1/X1）+θ） ＊ √X12 + Y12 [align=center] 圖2 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的示意圖 [/align] ● 坐標(biāo)位移+旋轉(zhuǎn) 遇到同時(shí)發(fā)生坐標(biāo)位移和旋轉(zhuǎn)時(shí)，先計(jì)算位移，再套用旋轉(zhuǎn)的公式，即可算出最后的結(jié)果。下面介紹如何設(shè)計(jì)出結(jié)合“機(jī)械運(yùn)動”與“計(jì)算機(jī)視覺”的自動化定位系統(tǒng)。 基本架構(gòu) ● GEME-3000主控制器：含HSL控制卡，安裝Windows XP操作系統(tǒng) ● 3-Axis定位平臺：三菱伺服馬達(dá)+滾珠螺桿 ● 運(yùn)動控制器：HSL-4XMO控制模塊 ● 計(jì)算機(jī)視覺組件：使用IEEE 1394 CCD采集影像，利用Euresys eVision的EasyMatch進(jìn)行影像比對（Pattern Match），作定位偏移的補(bǔ)正計(jì)算。 完整的實(shí)際系統(tǒng)如圖3所示。 [align=center] 圖3 系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)機(jī)圖[/align] 系統(tǒng)校正 ● Mitsubishi驅(qū)動器調(diào)校：10 000 pulse/roll，即運(yùn)動控制卡送出10 000個(gè)脈波，馬達(dá)會轉(zhuǎn)一圈。 ● 滾珠螺桿的螺距vs. Pulse/Roll：如，螺距=10mm/roll，10 000 pulse/roll意味著1μm/pulse，即每發(fā)出一個(gè)脈沖，螺桿會前進(jìn)1μm。 ● F.O.V.（Field of View）的選定：F.O.V.要大于定位點(diǎn)的大小，太小則導(dǎo)致可接受的“初步定位”誤差變?。惶髣t導(dǎo)致因定位點(diǎn)影像太小，影像定位誤差大。 ● CCD工作距離的選定：工作距離要大于打孔頂針，以免對焦時(shí)打孔頂針撞到工件。當(dāng)F.O.V.及工作距離確認(rèn)后，即求出鏡頭和延伸環(huán)。 教導(dǎo)作業(yè) ● 啟動系統(tǒng)3軸回到初始位置，待3軸回定位后，再由人工將工件置于3軸之定位平臺上并作“初步定位”； ● 手動控制Z軸緩慢下降，使其接近定位平臺上方（約0.5～1.0mm）； ● 手動控制X/Y軸，使打孔頂針剛好在工件第一個(gè)孔位上方；再將Z軸緩慢下降，使其插入第一個(gè)孔位內(nèi)。如定位不準(zhǔn)，可以手動移動工件，使其定位更準(zhǔn)確。 ● 精確定位后，將Z軸上升至CCD的實(shí)時(shí)影像可看到完整“定位點(diǎn)”后，執(zhí)行圖4所示的流程圖。 [align=center] 圖4 圖像處理軟流程圖 [/align] 自動定位 ● 由人工將工件置于3軸定位平臺上，作“初步定位”后并啟動本系統(tǒng)； ● 系統(tǒng)會驅(qū)動3軸定位平臺將CCD移至定位點(diǎn)上方（2個(gè)不同位置），取像并利用已“教導(dǎo)”的標(biāo)準(zhǔn)影像做“影像比對”作業(yè)； ● 計(jì)算出“初步定位”的偏移量（Shift X/Y）及旋轉(zhuǎn)角度 （Rotation Angle）； tx = GoldeXY[CCD_Find][1] - m_Find.GetCenterX（）; ty = GoldeXY[CCD_Find][0] - m_Find.GetCenterY（）; if （CCD_Find==0） ｛ //第一次定位 shiftx = ZeroX - tx＊Calibration; shifty = CCD_Y - ty＊Calibration; ｝ else ｛ //第二次定位 dx = CCD_Locate[1][0] - tx＊Calibration; dy = CCD_Y - ty＊Calibration; angle = atan2（ dy - shifty, shiftx-dx）; CalNewLocate（angle, shiftx, shifty）; ｝ ● 通過“極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”，重新計(jì)算工件上所有孔位的新坐標(biāo)（Point Table）。 void CalNewLocate（F64 angle, F64 shiftx, F64 shifty） ｛ int i; F64 P[TOTAL_POINT＊2]; F64 t; for （i=0; i結(jié)束語 機(jī)器視覺系統(tǒng)不但大幅的提升了工業(yè)的生產(chǎn)力，而且增加了使用者的能力。使用機(jī)器視覺系統(tǒng)可以保護(hù)人眼的健康和提高檢測精度，而機(jī)器視覺系統(tǒng)能24小時(shí)不停頓地工作，且能在高速下執(zhí)行檢查，而檢視的準(zhǔn)確度也能控制在較穩(wěn)定的程度之內(nèi)。 此外，在危險(xiǎn)工作環(huán)境中，在需要快速處理的軍事武器操控，實(shí)時(shí)、大量的生產(chǎn)線上，在量測、定位、對象判別等高精確性工作中，機(jī)器視覺系統(tǒng)也都有很好的應(yīng)用前景。