摘 要

机器视觉作为新近被广泛应用的研究，在八十年代蓬勃发展，应用和研究相辅相成，更加快了其应用范围的扩大，机器视觉在工业上逐渐普及的应用加快了工业的发展和生产力的提高。采用机器视觉来标定钢卷空间位置，大大加强的钢卷的抓取精度，而且自动、快速，于生产中有重大意义。

本课题主要论述采用双目视觉系统来对钢卷空间位置的标定的原理以及钢卷圆心确定所涉及到的图像处理技术，利用MATLAB软件进行仿真处理。先研究了双目视觉的原理，然后利用图像处理技术例如图像变换、图像增强与锐化，对图像的边缘进行提取，最终通过提取的边缘对圆心的坐标进行计算。

通过一系列的图像处理方法，最终得到了一个清晰且滤除背景的圆的图像，而且计算出圆心位置的较为准确的坐标，为双目视觉中后续特征点匹配提供准确的数据，提高系统对钢卷的位置识别以及机械手对钢卷的准确抓取，对整个系统的作用至关重要。

关键词：机器视觉 双目视觉 图像处理 圆心计算

Abstract

Machine vision as recently been widely applied research, blossomed in the 1980s, application and research complement each other, more to speed up the expansion of the scope of application, increasing popularity in industrial machine vision application accelerated the development and improvement of productivity of industrial. Using machine vision to calibrate the steel roll space position, greatly enhance the steel roll gripping precision, and automatic, fast and in production have great significance.

This thesis mainly discusses the binocular stereo vision system for steel roll space position calibration principle and steel roll center involved were identified to the image processing technology, using the MATLAB software simulation. First, we research the principle of binocular vision, then the image processing techniques such as image transformation, image enhancement and sharpening, the image edge extraction, through the end of the edge extraction of the center of a circle coordinates are calculated.

Through a series of image processing method, and finally get a clear and remove the background of the image circle and calculated the center position of the more accurate coordinates, binocular vision in subsequent feature points matching to provide accurate data, improve the system of steel coil position recognition and manipulator of rolled steel accurately grasp, is vital to the function of the whole system.

Keywords: Machine vision; binocular vision; image processing; center calculation

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外发展现状 2

1.2.1 国外发展现状 2

1.2.2 国内发展现状 2

1.3 课题研究意义 3

1.4 本文研究内容和关键问题 3

第2章 系统原理及结构 4

2.1 系统结构 4

2.2 系统原理 5

2.2.1 双目视觉的研究内容 5

2.3 数字图像处理概述 8

2.3.1 数字图像处理的主要研究内容 8

2.3.2 数字图像处理的应用 9

2.4 MATLAB简介 9

2.5 本章小结 10

第3章 图像预处理 11

3.1 图像变换 11

3.2 图像增强 12

3.2.1 直方图均衡化 12

3.2.2 平滑滤波增强 14

3.3 边缘锐化与检测 16

第4章 圆心计算 19

4.1 开运算和闭运算 19

4.2 图像处理结果 19

4.3 圆心计算方法 20

4.4 结果分析 20

4.5 误差分析 21

第5章 总结与展望 22

5.1 总结 22

5.2 展望 22

参考文献 23

致 谢 25

1. 绪论

引言

机器视觉是指利用摄像机对目标对象进行图像采集，并将所得到的图像在计算机上进行对应处理，使处理过的图像能够满足设备检测的要求和相关应用的一门科学。目前，我国的各类制造行业正进入信息化推动工业化的新阶段，在经济的高速发展之下必然引起生产力的革命，由此，基于机器视觉的技术由于其以图像作为数据来源对目标进行识别和抓取上的准确和快速性而越来越受到重视。研究并应用机器人抓取系统，利用其高智能化、高稳定性、高精度的特性，现已成为我国工业进一步发展以及社会进步的迫切要求。

我国的工厂在进行钢卷搬运的时候，大多都是由操作人员操作车间的吊车来完成的，而抓取钢卷则是通过安装在吊车上的机械臂来完成的。机械臂对物品的抓取过程是非常复杂的，其关键在于在抓取钢卷的时候，如何控制机械臂定位到目标的准确位置，从而进行抓取动作。而目前已经参与生产的抓取系统，大多需要配备一个经验丰富的操作人员，由操作员对机械臂进行远程控制，从而使机械臂到达目标所在的精准位置。而这种模式和流程存在的问题很明显，首先对操作员有很高的要求，因为是基于操作员的主观判断，精度控制就会难以保证，若由于操作员的对位置的判断出现偏差，就会使机械臂与钢卷发生碰撞而对钢卷或机械臂造成损伤；另一方面，若由人来对吊车的启动和停止以及搬运路线进行控制，有时候可能掺杂一些人的盲目性和随意性，这会影响吊车的运行效率，导致资源的浪费和搬运成本的增加，但是若能够利用传感技术来精确的对机械臂的定位，而不是手动的来控制机械臂的各个部分，这会极大地提高生产效率。

相较于其他的传感器来获取钢卷的三维空间信息，视觉传感器有下面几点特征与优点：首先，机器视觉系统能够快速的获取大量的信息和数据，易于将设计信息和加工控制信息集成在一块儿，方便电脑自动处理和监测，这对于提高生产的弹性以及自动化控制等有着极为重要的作用；其次，即便在过程中发生了信息的丢失的状况，其所提供的周围环境信息仍然比超声波或雷达激光等更多更准确；再者，在采样周期上，视觉的采样周期较超声波与雷达激光短，这说明视觉系统的实时性更好，更适合于钢卷的在线识别、定位、检测等。基于以上优点，视觉系统的智能机器人有更为广阔的发展空间。