应用于自动化声操纵的微视觉伺服关键技术研究

摘要

微操纵技术作为微机电系统领域基础研究、技术实施、系统设计开发以及产品集成装配的一种关键和共性技术手段，长期以来受到学术界和工程界的普遍重视，并正朝着自动化非接触操纵方向发展。为此，本学位论文结合浙江省自然科学基金重点项目“基于声操纵的三维自动微装配理论与实践研究(No.Z1110393)”，提出开展应用于自动化声操纵的微视觉伺服关键技术研究。以超声操纵为执行手段，微视觉为检测方法，在重点研究微视觉自动对焦以及微运动目标检测与自动跟踪等关键技术的基础上，采用基于图像的lookand move伺服控制技术，实现一种基于微视觉伺服的自动化声操纵技术。主要的研究工作包括:
　　第一章，论述开展自动化微操纵技术研究的重要意义，概述自动化微操纵技术的研究现状及其发展趋势，说明了基于微视觉伺服的自动化声操纵技术的优势及应用和发展潜力，并分析了该技术存在的问题，为本文研究指明方向。
　　第二章，分析物方远心镜头的成像光学原理以及离焦图像的特征，建立了基于离散余弦变换和熵变换的联合对焦评价函数，实现了一种基于自组织特征映射(SOM)神经网络的准焦位置搜索算法。同时，开展微视觉自动对焦实验研究，证实了上述联合对焦评价函数和准焦位置搜索算法的有效性。
　　第三章，在分析声操纵过程中声势阱迁移现象及其影响因素的基础上，开展声操纵环境下微运动目标自动跟踪技术的研究，实现了一种基于Mean Shift的粒子滤波跟踪算法，并通过实验证实了算法良好的鲁棒性和实时性。
　　第四章，研究了基于图像的look and move伺服控制技术，并结合前述微视觉自动对焦和微运动目标自动跟踪等关键技术，实现了一种基于微视觉伺服的自动化声操纵技术。同时，设计开发了一套基于微视觉伺服的自动化声操纵实验系统，实验研究了该技术在微构件操纵中的稳定性和精度。
　　第五章，对全文的工作进行总结，并对以后的工作进行展望。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 本文的研究意义

1．2 自动化微操纵技术的研究现状及其发展趋势

1．2．1 微操纵技术不断发展，应用日益广泛

1．2．2 自动化微操纵技术逐步兴起，成为发展主流

1．2．3 微视觉伺服控制技术逐渐成熟，奠定自动化微操纵技术的重要基础

1．2．4 自动化声操纵的研究方兴未艾，显示出巨大的发展潜力

1．3 本文的研究内容及章节安排

第二章 微视觉自动对焦技术的研究

2．1 引言

2．2 物方远心镜头成像光学原理及离焦图像特征

2．3 基于离散余弦变换和熵变换的联合对焦评价函数

2．3．1 传统对焦评价函数及其局限性分析

2．3．2 联合对焦评价函数的建立

2．4 准焦位置搜索算法

2．4．1 传统爬山法及其局限性分析

2．4．2 基于自组织特征映射(SOM)神经网络的搜索算法

2．5 实验研究

2．5．1 实验系统

2．5．2 对焦评价函数的实验研究

2．5．3 准焦位置搜索算法的实验研究

2．5．4 分析与讨论

2．6 本章小结

第三章 声操纵环境下微运动目标自动跟踪技术的研究

3．1 引言

3．2 基于Mean Shift的粒子滤波跟踪算法

3．2．1 传统Mean Shift算法及其局限性分析

3．2．2 基于Mean Shift的粒子滤波运动目标跟踪算法

3．2．3 算法运行效率的改进

3．2．4 粒子贫乏问题的解决

3．3 实验研究与分析

3．3．1 鲁棒性实验研究

3．3．2 实时性实验研究

3．4 本章小结

第四章 基于微视觉伺服的自动化声操纵系统集成及实验研究

4．1 引言

4．2 实验系统的设计与开发

4．2．1 系统总体方案

4．2．2 硬件系统开发

4．2．3 软件系统开发

4．3 微视觉伺服控制技术的研究

4．4 基于微视觉伺服的自动化声操纵实验研究

4．4．1 可靠性实验研究

4．4．2 自动对焦功能对伺服控制精度的影响

4．4．3 超声信号幅值标定

4．4．4 基于微视觉伺服的自动化声操纵综合性能实验研究

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

在校期间所参与的科研项目和取得的科研成果