机器人视觉

从六十年代开始，人们着手研究机器视觉系统。一开始，视觉系统只能识别平面上的类似积木的物体。到了七十年代，已经可以认识某些加工部件，也能认识室内的桌子、电话等物品了。当时的研究工作虽然进展很快，但却无法用于实际。这是因为视觉系统的信息量极大，处理这些信息的硬件系统十分庞大，花费的时间也很长。

随着大规模集成技术的发展，计算机内存的体积不断缩小，价格急剐下降，速度不断提高，视觉系统也走向实用化了。进入八十年代后，由于微计算机的飞速发展，实用的视觉系统已经进入各个领域，其中用于机器人的视觉系统数量是很多的。

客观世界中三维物体经由传感器(如摄像机)转变为二维的平面图像，再经图像处理，输出该物体的图像。通常机器人判断物体位置和形状需要两类信息，即距离信息和明暗信息。当然作为物体视觉信息来说，还有色彩信息，但它对物体的位置和形状识别不如前两类信息重要。机器人视觉系统对光线的依赖性很大，往往需要好的照明条件，以便使物体所形成的图像最为清晰，检测信息增强，克服阴影、低反差、镜反射等问题。

1．TV摄像机

群摄像机是典型的视觉信息输入装置，它有下列几种配置情况。

①一台摄像机。包括：普通的TV摄像机、HDTV摄像机、高速摄像机等，或者是黑白、彩色、红外线摄像机。

②用作多目视觉的摄像机。包括：立体视觉需要两台摄像机、三目视觉需要三台摄像机等。

③分散配置摄像机。自从摄像机变得小型和廉价后，开始允许在环境周围配置多台摄像机，从而达到摄像机的最佳组合效果。摄像机的参数，如焦距、光圈、变焦、摄像机的方向(方位角、俯仰角)等均可以由计算机程序控制。

2．距离测量装置

把激光和红外线发射出去，它们碰到物体以后，就会产生反射光。利用对反射光方向和时间的测量，可以测定物体的距离，依据这种测距原理(称为有源方式)制作的产品已经开始在市场上销售。但是，用多目视觉测量距离通常采用多台TV摄像机，它不属于此列。

3．图像处理装置

从图像中提取特征并进行高速处理，产生对应的相似图像的装置称为图像处理装置。它的硬件包括专用LSI(Large Scale Inte—grated circuit，大规模集成电路)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编辑门阵列)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等，以及它们的组合系统。

4．计算机

机器人视觉多数都采用PC机。为了能达到高速处理的效果，人们往往将包含多个处理器的PC，或者以高速网络形式连接的多个PC结合成组合PC群等。

①对给定大小、色彩模式等的图像和娄似的图像范围进行检测，或者跟踪。

②利用多目视觉或距离测量装置得到距离图像。

③利用时序图像，求图像内各个像素能运行状态(光流场)。

④由时序图像检测运动物体，并进行跟踪。

⑤根据图像处理的结果，改变摄像机的参数和方向，或者移动摄像机的整体位置，或者改善照明条件(主动视觉)，以便获得更好的输入图像。

经过上述功能组合后的视觉系统，可以应用到检查、监视(对厂区内异常现象的监视或对室内外可疑人物的监视)、装配、加工、分类、移动(与地图的匹配或障碍物回避)，以及对人的检查和识别等场合。

机器人视觉的应用领域有以下几方面：