視覺(jué)導引運動(dòng)控制系統開(kāi)發(fā)分析

-- 2007-12-26 19:49:21-->
在確定了偏差角后，下一步您要確定視覺(jué)單元和運動(dòng)控制單元之間的轉換關(guān)系。您可以通過(guò)比較在圖像中測量出的運動(dòng)距離和在運動(dòng)控制中給出的運動(dòng)距離來(lái)計算得該轉換公式。為了確定在圖像中的移動(dòng)距離Z，可以利用勾股定理通過(guò)X值和Y值進(jìn)行計算。Z＝sqrt(X^2+Y^2)。

　　在視覺(jué)系統中移動(dòng)的長(cháng)度＝sqrt(100^2+173^2) = 200像素。

　　現在您可以從上面的范例中知道，視覺(jué)單元到運動(dòng)控制單元的比率為200：2000或1：10。在進(jìn)行校準時(shí)您需要注意的一點(diǎn)是當您在校準時(shí)采樣的點(diǎn)數越多，在最后您的校準結果越準確。另一點(diǎn)需要注意的是運動(dòng)控制系統可能有輕微缺陷，這會(huì )導致不同部件移動(dòng)相同距離有輕微差別。為了提高可重復率，您應該通過(guò)采集不同點(diǎn)的多個(gè)樣本來(lái)計算轉換比率。此外，使用這種比率，您可以發(fā)現為了能在圖像上觀(guān)察到一個(gè)像素距離的移動(dòng)，您至少需要將工作臺移動(dòng)10個(gè)單位。這些類(lèi)系統中，工作臺的分辨率遠高于鏡頭的分辨率的情況是很常見(jiàn)的，這意味著(zhù)圖像中的微小移動(dòng)將會(huì )在運動(dòng)系統中導致很大的位移變化。若您連續的核對工作臺的位置，您可能發(fā)現它會(huì )在目標位置附近跳動(dòng)。一旦出現這樣的情況，您可以考慮設置盲區，這樣當您感覺(jué)工作臺已足夠接近目標區域，運動(dòng)控制就不再繼續進(jìn)行調整。

　　坐標轉換

　　下一步我們將要利用系統的相關(guān)信息來(lái)決定如何把相機坐標系統上點(diǎn)的位置轉換到工作臺坐標系統上?？梢?
利用下圖來(lái)更好地說(shuō)明這種轉換如何實(shí)現：假定將工作臺從0，0移動(dòng)到到相機坐標系統的新位置X1 和Y1（以藍色代表），X1和Y1都位于第一象限內。

　　關(guān)于坐標轉換，您需要知道某點(diǎn)在工作臺坐標系統中的X坐標和Y坐標，在圖中由紅色的虛線(xiàn)表示。在相機坐標系統中的X坐標和Y坐標是已知的，利用它們您可以很容易地計算出在相機坐標系統中的偏差角。利用相機坐標系統下的角度矢量減去已知的偏置角就能方便地得到工作臺坐標系統中的角度矢量。利用矢量H作為斜邊您可以構建一個(gè)直角三角形，Y2和X2是它的兩條未知長(cháng)度的直角邊。對于直角三角形，當您知道其中一條邊和一個(gè)角的大小，就能夠計算出其余兩條邊的大小。由于我們已經(jīng)通過(guò)計算得到了工作臺坐標系統中的矢量角度的大小，就可以通過(guò)正弦定律和余弦定律來(lái)計算其余兩條邊的大小。結果如下：

　　通過(guò)sin(theta3)=Y2/H 得到 H*sin(angle in stage frame)= Y2

　　通過(guò)cos(theta3)=X2/H 得到H*cos(angle in stage frame)= X2

　　圖5坐標轉換的LabVIEW代碼

　　利用這組簡(jiǎn)單的等式，您可以完成從已知的圖像坐標系下的坐標到未知的工作臺坐標系下的坐標的轉換。在使用這種方式時(shí)需要注意的是，當矢量落在其它象限時(shí)等式會(huì )有所不同。然而，確定其它象限下坐標變換的等式和以上方法非常類(lèi)似。

　　對于特定的應用，您可以使用閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現運動(dòng)視覺(jué)校準。這種方法的原理是利用某一特征在理想位置和觀(guān)察位置的差值作為誤差信號來(lái)進(jìn)行一個(gè)控制回路。例如，您可以將部件上的一個(gè)凹槽作為特征，將它調整到圖像中的某個(gè)理想位置?？刂苹芈窌?huì )在連續循環(huán)中不斷調整部件或相機，誤差會(huì )越來(lái)越小直到理想位置和觀(guān)察到的特征點(diǎn)的位置重合。利用這種方法，您可以輕松地校準相機和工作臺的坐標系統。您還可以進(jìn)一步利用估計算法在控制部件的同時(shí)估算出系統的缺陷，比如光照變化以及圖像采集中較低的幀速。

　　結論

　　視覺(jué)導引運動(dòng)控制系統適和多種應用，從大量元件的自動(dòng)分析到簡(jiǎn)單的撿取和放置應用。設計這種系統雖然很復雜，但它能最大限度地提高生產(chǎn)效率。校準只是建立整個(gè)系統比較初級的部分但它非常重要。消除視覺(jué)系統的失真、將運動(dòng)單元與視覺(jué)單元相關(guān)聯(lián)以及進(jìn)行坐標轉換是非常重要的幾個(gè)部分，它們可以提高您的視覺(jué)導引運動(dòng)系統的精度、可重用性以及整體價(jià)值。