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计算机视觉在焊网机器人的应用研究

作　者: 段利亚
导　师: 胡乃平
学　校: 青岛科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 焊网机器人 双目视觉 双边滤波 非极值抑制 端点预定位
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


本课题来源于山东省教育厅基金资助项目“焊网机器人关键技术研究”，主要研究焊网机器人系统中基于计算机视觉的钢筋三维定位方法，以解决现有钢筋焊网设备落料不准确的问题。本文主要采用双目立体视觉技术对钢筋进行三维定位。首先，介绍了双目成像设备的硬件选取，并利用平面式标定板确定了摄像机的内部参数和径向畸变系数。然后，提出了基于双边滤波的改进型Canny边缘检测算法，其中双边滤波技术将滤波权系数优化成高斯函数和图像亮度信息的乘积，优化后的权系数再与图像信息作卷积运算，达到了既能去噪又能有效保留边缘信息的目的，并采用八邻域双线性插值非极大值抑制法来改进传统Canny算法中的八邻域像素的梯度值算法，更加精确的定位了钢筋边缘。之后，提出了基于端点预定位的改进型直线提取算法和基于直线提取的钢筋二维定位算法，利用省略了高斯滤波步骤的Harris算法，得到钢筋边缘特征点，通过在每对特征点的连线上采样来定位代表钢筋位置的直线。实验证明：该方法比基于Hough变换的直线提取算法运行速度快，而且能够更加有效的避免虚假直线现象。最后，利用两幅图像之间的对极几何关系和归一化互相关算法来确定代表钢筋位置的直线上的关键点在两幅图像上的投影之间的对应关系，进而实现该点的三维重建。通过对该直线上的若干关键点的重建，恢复出焊网机器人系统坐标系下的代表钢筋位置的直线方程。实验证明：本文方法能较准确快速的定位钢筋三维位置信息，为焊网机器人准确抓取钢筋奠定基础。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 课题来源及研究问题的引入  8-11
    1.1.1 课题来源及国内外焊网设备现状  8
    1.1.2 项目背景及所研究问题的引入  8-11
  1.2 计算机视觉及其在本课题的应用方案  11-14
    1.2.1 计算机视觉  11-13
    1.2.2 本课题方案总述及关键技术简介  13-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-16
第二章 视觉钢筋抓取机械手的硬件设计  16-26
  2.1 钢筋抓取机械手的硬件设计  16-17
  2.2 视觉系统组成  17-18
  2.3 摄像机内部参数及畸变系数的确定  18-25
    2.3.1 摄像机成像原理及内部参数  18-20
    2.3.2 摄像机畸变与误差校正  20-21
    2.3.3 确定本系统摄像机内部参数以及径向畸变系数  21-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 钢筋图像预处理  26-40
  3.1 钢筋图像预处理的目的  26-27
  3.2 中值滤波及其实验结果与不足之处  27-30
  3.3 基于双边滤波的钢筋图像预处理  30-35
  3.4 双边滤波与中值滤波的效果比较  35-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 钢筋图像边缘检测  40-52
  4.1 钢筋图像边缘检测问题的提出  40-41
  4.2 边缘检测算法的步骤  41
  4.3 基于双边滤波的改进型 Canny边缘检测算法的提出  41-49
    4.3.1 几种常用边缘检测算法及其在钢筋图像处理中的不足  42-45
    4.3.2 Canny边缘检测算法具体实现过程简介及不足  45-47
    4.3.3 本文边缘检测算法的设计思想  47-49
  4.4 本文边缘检测算法与传统 Canny方法的实验结果比较  49-51
  4.5 本章小结  51-52
第五章 基于直线提取的钢筋二维定位  52-64
  5.1 基于直线提取的钢筋二维定位算法的提出  52-53
  5.2 基于端点预定位的改进型直线提取算法  53-55
    5.2.1 Harris角点检测算法  53-55
    5.2.2 基于端点预定位的改进型直线提取算法设计思想  55
  5.3 本文算法与基于Hough变换的直线提取算法的效果对比  55-60
  5.4 基于直线提取的钢筋二维定位算法设计思想  60-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章 基于双目视觉的钢筋三维定位  64-74
  6.1 钢筋三维定位问题的提出  64-65
  6.2 基于双目视觉原理的钢筋三维定位  65-72
    6.2.1 对极几何基本原理  65-67
    6.2.2 本系统坐标系的建立  67
    6.2.3 利用摄像机相对位置求解对极几何约束  67-68
    6.2.4 利用归一化互相关和对极几何约束对钢筋图像进行关键点匹配  68-70
    6.2.5 钢筋图像关键点重建  70-71
    6.2.6 求取代表钢筋的直线方程  71-72
  6.3 实验结果  72-73
  6.4 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-78
附录  78-86
致谢  86-87
攻读学位期间发表的学术论文目录  87
参加的科研项目  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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