鄭燦香

【摘要】? ? 現(xiàn)在事情都會用機(jī)器人代替人工，如同分揀工作中的物料識別和定位都是通過機(jī)器視覺結(jié)合工業(yè)機(jī)器人，對于動物視覺的定位方法和物料測距問題的提出。其主要工作原理就是根據(jù)工業(yè)機(jī)器人末端的攝像頭移動后產(chǎn)生的，主要是對不同坐標(biāo)、不同位置作出連續(xù)單點(diǎn)拍攝，然后獲得與眼睛視覺測距的重要參數(shù)，從而保證了運(yùn)動測距和定位功能的實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】? ? 視覺庫? ? 機(jī)器人? ? 分揀系統(tǒng)? ? 自動? ? 識別

引言

現(xiàn)在我國生產(chǎn)制造業(yè)開始向柔性加工方向發(fā)展。我國工業(yè)機(jī)器人開始到自動化生產(chǎn)線中進(jìn)行工作，使用最多的是器械物料裝配、碼垛、焊接等場景。機(jī)器人的使用降低了生產(chǎn)成本，并有效提高了企業(yè)柔性加工生產(chǎn)水平。

為進(jìn)一步加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人的加工柔韌性，必須要提升工業(yè)機(jī)器人的自主性。將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人上，可以設(shè)計(jì)出基于機(jī)器視覺的自動分揀系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以有效提高分揀成功率，能為企業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

本文從攝像頭彈幕測量、雙目測距以及運(yùn)動立體測距原理進(jìn)行分析，然后對當(dāng)下固定式單目相機(jī)自動分揀系統(tǒng)中得到單目移動視覺的測距方法和定位方法進(jìn)行論述，還通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品位置和特征的識別，為機(jī)器人的抓取提供了具體坐標(biāo)。

一、攝像頭測距原理

1.1單目測量

圖1為單目相機(jī)成像的基本原理，這種原理的性質(zhì)與三角形相近。

由圖1所示，攝像機(jī)到拍攝屏幕的距離用d表示，攝像機(jī)的焦距用f表示。將拍攝物體擺放到拍攝平面，拍攝物體的物理長度為L，則成像后的長度則表示為L。因此，單目像機(jī)的成像過程可以表示為：

為了更好的表示拍攝物體與成像物體之間的關(guān)系，特建立了四個坐標(biāo)系。四個坐標(biāo)系分別為圖像像素坐標(biāo)系Cp，圖像物理坐標(biāo)系C，相機(jī)坐標(biāo)系Cc和世界坐標(biāo)系Cw。因此，物體和圖像之間的關(guān)系可以如公式（2）所示。

如公式（4）表示，xw，yw，zw是世界坐標(biāo)系的三個維度，其主要用來表示相機(jī)的位置。R表示一個旋轉(zhuǎn)矩陣，而T表示一個平移矩陣。

所以，如果我們把世界坐標(biāo)系融入到圖像像素坐標(biāo)系會得到什么，如公式（5）所示：

單目測距是根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中標(biāo)定物進(jìn)行世界坐標(biāo)向圖像坐標(biāo)的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，當(dāng)我們知曉Zc的特質(zhì)后我們就可以通過相機(jī)圖像中對實(shí)際事物圖片其中的一個點(diǎn)進(jìn)行空間位置的確認(rèn)?？墒?，一旦相機(jī)焦距確定后，那么圖像中物體更深層次的信息就不能得到解釋[3]。

1.2雙目測距

圖2是雙目測距的原理。其實(shí)雙目相機(jī)與人類眼睛是一樣的，因此，雙目小雞是通過眼睛視覺差下的深度相機(jī)，將相機(jī)安裝在物體的左邊和郵編，然后根據(jù)成像視覺差對世界坐標(biāo)系統(tǒng)的雙目相機(jī)和觀測點(diǎn)的距離行計(jì)算。

在左側(cè)和右側(cè)分別放置一臺相機(jī)，沿著兩臺相機(jī)的中點(diǎn)畫一條線-基線b。假設(shè)物體為P（xc，zc），那么該物體的投影點(diǎn)分別為pl（xl，yl），pr（xr，yr）。因此，物體與像之間的關(guān)系可以如公式（6）所示：

通過公式（7）可以看出深度（z）和視覺差值（xl-xr）之間的關(guān)系是反比關(guān)系。視覺差結(jié)果會由距離的遠(yuǎn)近決定。通過移位差x得到相機(jī)像素就越高，水平位移的精準(zhǔn)度就越高，所以，如果距離是一樣的那么測距的精準(zhǔn)度就越高。

1.3運(yùn)動立體測距

運(yùn)動立體測距也是常用的一種測距方法，該方法主要通過改變相機(jī)的拍攝位置對物體進(jìn)行拍攝。當(dāng)相機(jī)進(jìn)行移動時，將會生成多個圖像。對不同的圖像進(jìn)行像素匹配，就可以計(jì)算出物的距離。

從圖3中可以看出相機(jī)焦距f，世界坐標(biāo)系中的其中一個點(diǎn)Pw，相機(jī)移動后的距離Pw。經(jīng)過移動后，物體的像可以表示為P1、P2、P3、P4，因此每個一點(diǎn)采樣點(diǎn)與基線采樣點(diǎn)之間的距離可以表示為：

二、工業(yè)機(jī)器人測距實(shí)驗(yàn)

2.1相機(jī)標(biāo)定

對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定后才可以進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，由于張氏標(biāo)定法運(yùn)用效率高、精準(zhǔn)度高，所以本文采用一般使用張氏標(biāo)定法對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。運(yùn)用Python當(dāng)做代碼做相機(jī)標(biāo)定，然后選擇棋盤格數(shù)和大小為4×6、5 mm×5 mm。標(biāo)定三維點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算出來后，將計(jì)算值帶入標(biāo)定函數(shù)calibrateCamera并得到標(biāo)定結(jié)果。

2.2運(yùn)動測距

完成相機(jī)標(biāo)定后，需要進(jìn)行運(yùn)動測距。目前常用的測距算法主要有BM，SGBM，GC，分別使用三種算法進(jìn)行測距實(shí)驗(yàn)并得到視差深度圖。拍攝物體的直徑為60 mm，高度為10 mm，單次移動距離為100 mm。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，深度和尺寸的計(jì)算會受到相機(jī)不同物距的影響，如果在一定數(shù)值內(nèi)相機(jī)就可以達(dá)到雙目測距功能[5]。實(shí)驗(yàn)誤差也會受到亮度、顏色、視差匹配算法的影響，所以，不同情況下算法和參數(shù)也是需要進(jìn)行調(diào)整的。

三、結(jié)論

綜上所述，單目相機(jī)相比雙目相機(jī)來說差距很多，通過對單目進(jìn)行運(yùn)動測距后在一定情況下可以達(dá)到雙目相機(jī)的效果。單目相機(jī)也可以在最短的時間內(nèi)定位物品、抓取物品。另外，單目比雙目相機(jī)的開發(fā)成本和難度比較低，如果精度要求不是那么嚴(yán)格的情況下單目相機(jī)可以采用。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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[2]視覺SLAM中圖像特征點(diǎn)提取與匹配算法研究[J].陳慶偉，李民東，羅川，周軍，皇攀凌，李蕾.現(xiàn)代制造工程.2019（10）

[3]蘇劍波.ADRC理論和技術(shù)在機(jī)器人無標(biāo)定視覺伺服中的應(yīng)用和發(fā)展[J].控制與決策，2015，01：1-8.

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