机器视觉实验报告

机器视觉试验汇报目录一试验名称 2二试验设备 2三试验目标 2四试验内容及工作原理 2（一）kinectforwindows 2（二）手持式自定位三维激光扫描仪 3（三）柔性三坐标测量仪 9（四）双面结构光 10总结与展望 14参考文件 16

《机器视觉》试验汇报试验名称对kinectforwindows、三维激光扫描仪、柔性三坐标测量仪和双面结构光等设备结构功效认识。试验设备kinectforwindows、三维激光扫描仪、柔性三坐标测量仪、双面结构光。试验目标让同学们对机器视觉平时所使用仪器设备以及机器视觉在实际利用中详细实现过程有一定了解。熟悉各种设备结构功效和操作方法，方便于进行二次开发。其次，深化同学们对机器视觉系统认识，拓宽同学们知识面，方便于同学们后续学习。试验内容及工作原理kinectforwindowsKinect介绍KinectforXbox360，简称Kinect，是由微软开发，应用于Xbox360主机周围设备。它让玩家不需要手持或踩踏控制器，而是使用语音指令或手势来操作Xbox360系统界面。它也能捕捉玩家全身上下动作，用身体来进行游戏，带给玩家“免控制器游戏与娱乐体验”。2月1日，微软正式公布面向Windows系统Kinect版本“KinectforWindows”。硬件组成Kinect有三个镜头[1]，如图1-1所表示。中间镜头是RGB彩色摄影机，用来采集彩色图像。左右两边镜头则分别为红外线发射器和红外线CMOS摄影机所组成3D结构光深度感应器，用来采集深度数据（场景中物体到摄像头距离）。彩色摄像头最大支持1280*960分辨率成像，红外摄像头最大支持640*480成像。Kinect还搭配了追焦技术，底座马达会伴随对焦物体移动跟着转动。Kinect也内建阵列式麦克风，由四个麦克风同时收音，比对后消除杂音，并经过其采集声音进行语音识别和声源定位[2][3]。图1-1Kinect应用开发汇总虚拟应用Kinect试衣镜，这款基于kinect体感技术神奇试衣镜，让客户能够快速试穿衣服，提升销售效率和企业形象。3D建模3D摄像机，用两个KINECT实现3D摄像机基本效果。雕塑工具，立等可取Kinect成街头快速人像雕塑工具，利用Kinect对人体进行3D建模，然后依照人体3D信息，连接对应塑模设备，塑造出人体塑像。机械控制用Kinect操控遥控直升机。KinectRobo，使用Kinect作为机器人头，经过kinect检测周围环境，并进行3D建模，来指导机器人行动。虚拟娱乐Kinect破解“初音”，将体感控制应用到漫画人物——初音上。Kinect破解玩光剑，Kinect检测玩家动作，虚拟出光剑影像，与之随动。计算机相关应用Kinect手势操作浏览器，经过Kinect手势对浏览器进行翻页，下拉，放缩等操作。虚拟试验Kinect蜡笔物理，使用Kinect手势绘图，经过体感控制所绘图形，并使之具备物理特征，比如重力，吸引力等。另外，它还具备检测识他人表情，利用骨架跟踪技术模仿人动作，还能够完成物体测距等其余功效。手持式自定位三维激光扫描仪三维激光扫描仪介绍手持式自定位三维扫描仪外观[4],如图2-1所表示。三维激光扫描仪其结构和组成包含：相机、LED发光灯以及触发器等，其结构组成，如图2-2所表示。图2-1三维扫描仪外观图2-2三维扫描仪结构手持式三维扫描仪功效创建物体几何表面点云（pointcloud），这些点可用来插补成物体表面形状，越密集点云能够创建更精准模型（这个过程称做三维重建）。若扫描仪能够取得表面颜色，则可深入在重建表面上粘贴材质贴图，亦即所谓材质印射（texturemapping）。在工业中主要用于逆向工程，在文物修复也起到至关主要作用。手持式三维扫描仪优点高分辨率：检测每个细节并提供极高分辨率。高精度：提供无可比拟高精度，生成精密3D物体图像。非接触式检测：非接触检测不会对物体造成损伤。双扫描模式：用户可使用安装在设备顶部按钮在正常和高分辨率扫描模式之间切换。正常分辨率对于大型部件和动态扫描十分有用，而高分辨率专用于要求严格复杂表面。手持式三维扫描仪缺点造价比较高，三维重建过程中会存在一定误差，遮挡部分无法扫描出来。扫描软件介绍VXSCAN扫描软件界面[5]，如图2-3所表示。图2-3VXSCAN扫描软件界面扫描方法工件准备贴点定位反光点必须以最小20毫米随机地粘贴于工件表面。假如表面曲率小，距离能够达成100毫米这些反光点使得系统能够在空间中完成自定位定位点粘贴时必须离开边缘12毫米以上。下面，这是适宜点分布样例，如图2-4，图2-5所表示。图2-4适宜定位点布防止定位点过密防止定位点过密防止线形排列或有规律地分布图2-5不适合定位点分布参考系配件插入参考系时要用到能够被VXSCAN自支识别参考系配件。开启扫描软件/VXSCAN点击桌面上或开始菜单里VXSCAN图标快捷方式开启VXSCAN应用程序。调整表面设定在菜单中点击View----Surface，或点击树状图中面节点/Surface，则出现下面扩展面板，如图2-6所表示。图2-6Surface模式扩展面板配置传感器/Configuringthesensor配置激光强度与相机快门速度依照扫描情况而定（工件材质、光线、颜色、结构……），配置窗口，如图2-7所表示。图2-7传感器配置窗口调入定位点/Importingpositioningtargets在VXSCAN中只能够辨识HANDYSCAN3D定位点，其余反光点不可用。调入资料必须由三个座标值阵列（X/Y/Z）组成，座标值为反光点中心位置。被调入反光点会以圆状展现，因为VXSCAN并不能确定它们方向。在扫描时，它将利用这些中心来辨识模型添加为正常面。取得数据/Acquiringdata点击菜单中scan-----RecordScan，或f点击工具栏中来开始扫描。用一只手拿起扫描头距离被扫描物约300毫米。让十字激光总是照在被扫描物上，能够按下扫描头上preview按钮先行预览。适宜扫描距离距离计量器扫描时，会在三维查看器左侧出现一个条状计量器来说明扫描头与被扫描物之间距离，扫描头顶上三个LED发光点（红、绿、红）也一样是一个距离计量器，可参阅下面图2-8，图2-9。图2-8适宜距离时距离计量哭及扫描头指示图2-9距离过远时距离计量器与扫描头指示编辑扫描数据设定微面模式，删除被扫描工件局部。点击菜单中View----Facets或树状图中Facets节点，经过点击EditFacets按钮来选择编辑模式。保留结果利用“Savesession”选项来保留整个扫描以备以后在VXSCAN中进行编辑。这么保留数据最为完整，并能够被恢复和再调入进行继续扫描。柔性三坐标测量仪结构组成包含机械臂，球探针、支架探针末端组件位于离基座最远那个点。该组件可自由旋转，带有两个控制按钮（红色和绿色）以及两个圆形LED指示灯，可为用户提供视觉反馈[6]。该组件用于探针和手柄附件连接。结构组成，如图3-1所表示图3-1柔性三坐标测量仪结构组成功效能够帮助生产制造企业经过现场检测、设备认证、CAD-toPart分析等即可轻松验证产品、品质，甚至能够进行逆向开发。检验，逆向工程，CAD数模分析，以及任何需要硬侧头接触式测量高精度检测。另外，测量仪探针具备自动赔偿功效，能够提升测量精度。测量实现柔性三坐标测量仪能够以面来进行测量，也能够以线来进行测量。首先选择测量模式，然后开始取样点，取到点经确认过后才输入系统，将数据进行保留，由软件导出测量模型。注意：测量过程中要注意测量臂弯曲程度，测量臂有一定工作空间范围，超出范围即报警提醒，如图3-2所表示。图3-2Edge限位警告双目结构光结构组成双面结构光由两台摄像机和一台投影设备组成，分别负责数据采集和格雷码投影。其组成[7]，如图4-1所表示。原理单目结构光视觉系统大致原理：是经过三角原理（线、面求交）求解空间点坐标。如图4-2所表示测量方法：首先，投影设备投射格雷码光束，光束打在物体上，其效果，如图4-3所表示。然后不停将光束细化，依次投射格雷码图像（如图4-4所表示）、相移图像至空间场景中。再进行数据处理分析，由结构光系统标定结果和测量图片，求解各个像素点对应空间坐标。再进行后续点云处理：a、单次测量：去除离群点、点云网格化。b、物体重建：依次确定各个视点位置，对不一样视点下数据进行配准和拼接。最终得到物体模型[8]，如图4-5所表示。图4-1双目结构光测量系统结构及原理图4-2单目结构光视觉系统大致原理图4-3投射光束到物体图4-4细化后格雷码图像图4-5物体模型总结与展望机器视觉是一门包括人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等很多领域交叉学科.机器视觉主要利用计算机来模拟人或再现与人类视觉关于一些智能行为，从客观事物图像中提取信息进行处理，并加以了解，最终用于实际检测和控制.主要应用于如工业检测、工业探伤、精密测控、自动生产线、邮政自动化、粮食选优、显微医学操作以及各种危险场所工作机器人等[9]。机器视觉是一项综合技术,其中包含数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、光源照明技术、光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软、硬件技术和人机接口技术等。它是实现精准定位、精密检测、自动化生产有效路径，同时它具备实现非接触测量、具备较宽光谱对应范围、可长时间工作等优点，所以已广泛应用于各个领域,如工业制造、医学、导航和遥感图像分析等。即使机器视觉技术从20世纪80年代才开始起步，但因为其突出优点，在各种工业领域被广泛应用，尤其是近几年发展十分快速，国内外结果也是层出不穷[10]。伴随科学技术不停发展，机器视觉发展趋势展现出价格连续下降，功效逐步增多，产品小型化，集成产品增多。机器视觉技术也将越来也融入到我们日常生活中来，人工智能发展不停改变着我们生活方式，比如家庭服务机器人出现，能够很大程度上改进我们生活，还能够帮助一些残疾人实现生活自理。相信在不远未来，机器视觉伴随它功效越来越强大，可能会超出我们人眼睛，实现目标物体快速识别分割提取与定位。机器视觉技术大大提升了装备智能化、自动化水平,提升了装备使用效率、可靠性等性能.伴随新技术、新理论在机器视觉系统中应用,机器视觉将在国民经济各个领域发挥更大作用。在一些实际应用中机器视觉还有一定不足，轻易受到外界光照等场景干扰，有时物体表面还会反射光照，都会让得到图像不是很理想，处理结果会有一定偏差。所以，在实际应用中还有好多问题亟待处理。经过此次机器视觉试验，让我加深了对机器视觉这门课程了解，并对此产生了浓厚兴趣。此次试验不但认识到平时所使用一些设备，还有一些试验方法及原理。每套设备都有它们本身特点，应用于不一样场所，去处理不一样问题。kinectforwindows包括到人工智能应用，增强了我们生活体验，它还能够用于其余一些设备操控，应用范围比较广泛，我们生活也所以变得丰富多彩。三维扫描仪更是开启了一个全新模型重建方式，利用激光扫描能够快速重建出物体三维模型，误差相对也比较小，三维扫描仪出现缩短了工业中产品开发周期，而且也会所以节约不小成本，为逆向工程发展提供了一个新方法。双面结构光也能够实现模型快速建立，用于产品开发，相对扫描仪可能成本会低点。柔性三坐标测量仪也是用于产品参数测量，能够选择不一样测量模式，柔性三坐标测量仪经过特征参数测量能够得到物体模型，在此基础上能够进行产品更新，只需要更改模型一部分参数既能够实现，不过测量效率比较低，主要还是用于辅助测量。经过此次试验使我们更深刻地认识到理论与实践相结合主要性，我们学习目标还是学以致用，应用我们学到理论知识去处理现实中实际问题。经过知识积累，不停开拓思绪，应用自己所学知识为新实际问题提供合理处理方案。现在我们才刚开始接触机器视觉，对此才刚有了一点浅薄认识。所以，以后还要经过我们不停地学习去积累知识，不停刻苦钻研，提升自己理论水平和实际处理问题能力。让机器视觉能够真正地为我所用。伴伴随各种新型传感元件出现与使用，机器视