視覺伺服系統(tǒng)

視覺伺服系統(tǒng)

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1、視覺伺服系統(tǒng)  摘要:伺服系統(tǒng)又稱隨動(dòng)系統(tǒng),是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。  關(guān)鍵詞:視覺伺服;分類;分析  1視覺伺服系統(tǒng)的分類介紹  視覺伺服系統(tǒng)一般可以根據(jù)反饋、攝像頭位置、視覺控制方式和攝像頭數(shù)量的差異進(jìn)行分類: ?。?)與工業(yè)控制系統(tǒng)一樣根據(jù)有無反饋可分為兩類:開環(huán)體系和閉環(huán)體系。閉環(huán)體系這種視覺伺服系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是,攝像頭對(duì)機(jī)器人的標(biāo)定不必非常精確,系統(tǒng)就可以控制機(jī)器人按照預(yù)先的規(guī)劃進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 ?。?)

2、根據(jù)攝像頭位置的不同來分類:一般攝像頭在視覺伺服系統(tǒng)中被稱為機(jī)器人的“眼睛”,而執(zhí)行體系如機(jī)械卡爪等被稱為機(jī)器人的“手”。另一種是攝像頭安裝在執(zhí)行系統(tǒng)之外,通常叫為“眼在手外”?! 。?)當(dāng)使用閉環(huán)控制體系來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)按照視覺控制方式的差異可以分為兩類:一種為基于位置的視覺伺服系統(tǒng),第二種為基于圖像的視覺伺服系統(tǒng):在該種視覺伺服體系中偏差的主要來源為圖像,它是直接利用圖像的特征來進(jìn)行系統(tǒng)反饋的。圖2為這種視覺伺服體系的工作原理圖?! 。?)按攝像頭數(shù)目分類:不同的視覺伺服體系中安放的攝像頭數(shù)量不同,所以對(duì)視覺伺服體

3、系可以按照攝像頭數(shù)量進(jìn)行分類,當(dāng)具有一個(gè)攝像頭時(shí)稱為單目系統(tǒng),具有兩個(gè)攝像頭時(shí)稱為雙目系統(tǒng),攝像頭數(shù)量在兩個(gè)以上時(shí)稱為多目系統(tǒng)?! ?視覺系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀  視覺系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀主要包括攝像頭標(biāo)定技術(shù)的研究現(xiàn)狀,邊緣檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀,特征提取算法的研究現(xiàn)狀?! ?.1攝像頭標(biāo)定技術(shù)研究現(xiàn)狀  一般情況下,系統(tǒng)需要通過建立攝像頭成像的幾何模型來確定空間物體表面某點(diǎn)的笛卡爾空間坐標(biāo)與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的幾何關(guān)系,這些幾何模型的參數(shù)就是攝像頭參數(shù),而這些參數(shù)大多數(shù)是通?^多次實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能夠得到,這個(gè)求解參數(shù)的過程就稱之為攝像頭標(biāo)定

4、(或攝像機(jī)標(biāo)定)。攝像頭標(biāo)定技術(shù)一般有以下三種方法:(1)一般標(biāo)定方法。(2)主動(dòng)視覺標(biāo)定方法(3)自標(biāo)定方法?! ?.2邊緣檢測算法研究現(xiàn)狀  邊緣檢測是視覺系統(tǒng)中數(shù)字圖像處理與分析的基礎(chǔ)內(nèi)容,在圖像處理中起著非常重要的作用,邊緣檢測算法的好壞直接影響圖像處理的結(jié)果進(jìn)而影響系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定性。綜合已有的邊緣檢測技術(shù),其算法主要有分為三類,第一種為微分算子方法。第二種方法為基于局部圖像的方法。第三種方法為基于全局的邊緣檢測方法  現(xiàn)在,邊緣檢測的主要研究重點(diǎn)是尋找灰度值強(qiáng)度的非連續(xù)性、抑制噪聲和保持邊緣定位精度等三個(gè)內(nèi)容。因此

5、要求不同,采取的邊緣檢測方法也不相同,甚至?xí)捎脦追N方法相互結(jié)合的手段進(jìn)行檢測。  2.3特征提取算法研究現(xiàn)狀  圖像的特征檢測最基本的有直線檢測、圓檢測和橢圓檢測等?! 。?)直線檢測研究現(xiàn)狀。當(dāng)前在直線檢測領(lǐng)域,使用最為廣泛的為霍夫算法和Randon算法。霍夫算法是霍夫在1962年提出的一種在直角坐標(biāo)系下檢測直線的方法通常稱為霍夫變換,隨后在1972年Duda改進(jìn)了霍夫變換,通過極坐標(biāo)系解決了圖像的90度死角問題?! 。?)圓檢測算法研究現(xiàn)狀。上述的這些直線檢測算法主要針對(duì)的直線為直線的變量數(shù)減少的情況,但是對(duì)直線的變量數(shù)

6、增加的情況,其檢測效果就不是很明顯。因此,在對(duì)圓進(jìn)行檢測時(shí),就需要對(duì)霍夫算法進(jìn)行改進(jìn),使其能夠?qū)ψ兞吭龆嗟膱A進(jìn)行檢測?! 。?)橢圓檢測算法研究現(xiàn)狀。在檢測橢圓圖像的算法中,有兩種算法應(yīng)用最為廣泛,一種為霍夫變換的改進(jìn)算法聚類算法,這種算法主要是根據(jù)橢圓的幾何性質(zhì),使其降維,再通過霍夫算法進(jìn)行檢測。屈穩(wěn)太提出的基于弦中點(diǎn)霍夫變換,就是此類算法。首先是計(jì)算出對(duì)橢圓的切點(diǎn)方向,然后計(jì)算出橢圓的切線方程,最后確定橢圓的方程。另一種算法為最優(yōu)化算法,例如最小二乘法以及遺傳算法等。這些算法都是由下向上的檢測算法,都是直接對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行檢

7、查?! ?結(jié)束語  本文主要論述了視覺伺服系統(tǒng)分類和研究現(xiàn)狀。首先介紹了視覺伺服系統(tǒng)的分類包括四種不同的分類方法,詳細(xì)敘述了攝像頭現(xiàn)階段主流的的三種標(biāo)定技術(shù),邊緣檢測主流的三種檢測算法,最后論述了直線、圓、橢圓等三種特征的提取算法?! ⒖嘉墨I(xiàn)  [1]楊楠.PUMA560機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.  [2]王鵬飛.基于RM-501機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009.  [3]王麟琨,徐德,譚民.機(jī)器人視覺伺服研究進(jìn)展[J].機(jī)器人,2004,03:277-282.  [4]

8、ChaumetteF,MalisE.21/2Dvisualservoing:apossiblesolutiontoimproveimage-basedandposition-basedvisualservoings[C]//RoboticsandAutomation,2000

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