四自由度视觉系统的结构设计和控制系统的实现

论文题目: 四自由度视觉系统的结构设计和控制系统的实现

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械工程

作者: 陈书乔

导师: 汤文成,朱兴龙

关键词: 四自由度,视觉系统,建模

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 人类有80%信息是通过眼睛获得的。近来,可以通过摄像机和图像采集卡等设备组成视觉系统,实现从二维图形向三维立体的重构﹑对目标物体测量定位等。视觉技术的理论涉及图象处理﹑模式识别﹑人工智能﹑机械结构等诸多方面。本课题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。

论文目录:

摘要

Abstract

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

3.1 视觉装置机械运动功能的简化结构设计

3.2 总体结构方案设计

3.3 四自由度双目立体视觉装置结构设计

3.4 零部件结构设计

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

4.3.3.1 连杆坐标系与世界坐标系的关系

4.3.3.2 摄像机坐标系与连杆坐标系的关系

4.3.3.3 成像坐标系与摄像机坐标系的关系

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

发布时间: 2007-03-02

参考文献

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