四自由度视觉系统的结构设计和控制系统的实现

摘要

本文主要从仿人的头部视觉功能开展机器人视觉系统的研究。设计出一种四自由度视觉装置，基本满足仿人视觉的结构与功能要求。用两个摄象机代替人的两个眼睛在水平面内旋转，以调整扫视角度，确保两个摄象机双目聚会；仿照人的脖子转动采用两个旋转自由度，使两只聚会摄象机整体象人的脖子一样在水平面内旋转，其旋转范围达到(-π，π)；在铅垂面俯仰旋转，其旋转范围达到(-π/4，π/4)，并通过步进电机控制各自由度的转角大小和方向，从而实现视觉装置在水平面内旋转扫视、铅垂面俯仰旋转扫视搜索、对空间物体聚焦等功能，很好的扩大了视觉系统的活动和搜索范围。在扩大视野的同时，而结构又利于轻便、简洁设计，避免了许多视觉装置通过片面增大机械结构来扩大搜索范围的做法。在此基础上设计一个简单且又稳定的机械平台，来承载摄像头，完成摄像头的定位。据此完成各零部件的设计。该视觉装置具有结构轻便、控制简单、使用范围广、通用性强等特点。 建立四自由度视觉装置运动模型，导出从目标物体上的任一点到计算机图像中对应点的变换算法。完成四自由度视觉装置运动模型中CCD摄像机校准、立体匹配、空间射线求交点、目标物体表面激光标记点的空间位置的确定等内容的算法的理论推导和演算工作。 最后在结构设计的基础上完成控制系统的设计，实现四自由度视觉装置动作的控制。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1机器视觉的发展历史和现状

1.2机器人视觉系统原理

1.3计算机图象的理解和处理技术简介

1.3.1.图象理解

1.3.2.图象处理

1.3.3.图象识别

1.4本课题研究意义

1.5本课题研究主要内容

第二章双目立体视觉系统

2.1双目立体视觉系统的基本原理

2.1.1立体视觉简介

2.1.2双目立体视觉系统的基本原理

2.2双目立体视觉系统主要硬件组成

2.2.1 CCD摄像头

2.2.2灰度图

2.2.3图像采集卡

2.2.4机械结构装置

2.3双目立体视觉系统的成像过程

2.3.1图象获取

2.3.2摄象机校准

2.3.3特征提取

2.3.4立体匹配

2.3.5 3-D信息恢复

2.3.6后处理

第三章视觉装置总体方案设计

第四章四自由度视觉装置传感器模型

4.1引言

4.2视觉装置在控制中的作用

4.3双目立体视觉传感器模型

4.3.1成象变换

4.3.2系统描述

4.3.3坐标变换

第五章三维立体恢复算法

5.1摄像机定标

5.2立体匹配

5.3空间射线求交

5.4目标物体表面激光标记点的空间位置的确定

第六章四自由度视觉装置控制系统硬件设计

6.1计算机的选择

6.2控制电机的选择

6.3步进电机驱动器的选择

6.4控制卡选择

6.5各控制元件之间接线

第七章控制系统软件的实现

7.1编程环境

7.2软件实现

总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文