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基于双目立体视觉的工件识别定位与抓取系统研究

作　者: 魏敬强
导　师: 傅卫平
学　校: 西安理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 双目视觉标定 HALCON 识别定位
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 166次
引　用: 3次
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内容摘要

随着机器视觉技术的发展,立体视觉尤其是双目立体视觉被广泛应用于物体识别、虚拟现实、工业检测、机器人导航和航空航天等领域。双目立体视觉技术可在多种条件下灵活的获得景物的立体信息,相对单目视觉而言有着不可比拟的优势,是图像处理与机器视觉领域的前沿研究方向。本文采用双目立体视觉系统对目标工件识别定位和机器人抓取试验进行了研究,主要涉及摄像机的标定、目标工件的识别定位匹配和机器人对目标工件的抓取三大部分内容。另外,对目标跟踪进行了初步地研究与试验。1)采用基于透视变换模型的线性标定方法,在MATLAB软件环境中,利用双目立体视觉系统对摄像机进行标定。该标定方法过程简便,精度基本满足要求。2)利用HALCON编程环境,对目标工件的图像进行识别匹配,并通过提取边缘特殊点和几何中心,完成工件的定位。该方法在采集图像时可以对图像进行预处理,计算速度快,使用灵活。3)将工件图像的定位结果传到机器人的控制系统中,通过运动学反解将计算出的世界坐标值转化成机器人各关节需要转过的角度值,然后驱动机器人,完成工件的抓取。通过工件识别定位和机器人抓取试验,证明该方法计算过程简单,具有较高的控制精度,使用方便,能满足要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 本课题的来源及研究背景  8-9
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 主要研究内容及论文安排  11-14
2 双目立体视觉系统的标定  14-26
  2.1 引言  14
  2.2 双目立体视觉标定原理  14-15
    2.2.1 标定原理  14
    2.2.2 标定方法  14-15
  2.3 基于透视模型的摄像机线性标定方法  15-20
    2.3.1 透视模型简介  15-16
    2.3.2 坐标系的建立  16-18
    2.3.3 摄像机投影矩阵  18
    2.3.4 摄像机投影矩阵的求解  18-20
  2.4 标定实验及结果分析  20-25
    2.4.1 标定模板的选取  20-21
    2.4.2 标定点图像和世界坐标的获取  21-23
    2.4.3 投影矩阵的计算  23
    2.4.4 标定结果验证及分析  23-25
  2.5 本章小结  25-26
3 工件的识别与对应特殊点的匹配  26-44
  3.1 引言  26
  3.2 HALCON的功能简介  26-27
  3.3 工件识别的原理  27-31
    3.3.1 模板匹配原理  27-28
    3.3.2 模板的处理  28-29
    3.3.3 工件识别  29-31
  3.4 图像边缘特征点检测  31-37
    3.4.1 现有角点检测方法  31-32
    3.4.2 边缘轮廓的提取  32
    3.4.3 边缘特殊点的提取  32-37
  3.5 对应特殊点匹配  37-42
    3.5.1 现有立体匹配方法  37-39
    3.5.2 改进的对应特殊点匹配方法  39-42
  3.6 本章小结  42-44
4 工件位姿的三维重建  44-48
  4.1 引言  44
  4.2 三维重建原理  44-45
  4.3 三维重建试验与结果分析  45-46
  4.4 本章小结  46-48
5 双目立体视觉工件识别定位与抓取系统的开发与试验研究  48-64
  5.1 引言  48
  5.2 GRB-400型四自由度工业机器人  48-50
    5.2.1 机器人的结构和简图  48-50
    5.2.2 机器人的控制程序界面  50
  5.3 GXYZ-3030型三维数控平台  50-52
    5.3.1 三维数控平台的结构和简图  50-51
    5.3.2 三维数控平台的控制界面  51-52
  5.4 HV1302UC数字摄像头  52-54
    5.4.1 HV1302UC数字摄像头的外观与安装  53
    5.4.2 HV1302UV数字摄像头的性能  53-54
  5.5 工件识别定位与抓取控制系统  54-61
    5.5.1 控制界面整合  56-58
    5.5.2 HALCON与VC混合编程  58-59
    5.5.3 MATLAB与VC混合编程  59-61
  5.6 工件识别定位与抓取试验  61-63
  5.7 本章小结  63-64
6 目标工件跟踪试验  64-68
  6.1 引言  64
  6.2 试验仪器介绍  64-66
  6.3 跟踪原理  66-67
  6.4 跟踪试验与结果分析  67
  6.5 本章小结  67-68
7 总结与展望  68-70
  7.1 总结  68
  7.2 展望  68-70
致谢  70-72
参考文献  72-76
攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研项目  76

基于双目立体视觉的工件识别定位与抓取系统研究

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