基于傳感器技術的機器人視覺應用

林 濤 毛朝慶

(重慶電子工程職業學院電子與物聯網學院，重慶 401331)

1 機器人視覺

機器人視覺指的是能夠使周圍環境被機器人的視覺感知系統識別，同時這種識別功能也是機器人的最重要的組成部分，機器人通過視覺傳感器對周遭環境進行識別后形成圖像，在進行一系列的分析與解釋之后，將其轉化為符號，使機器人能夠分辨物體的屬性以及確定物體的位置。

機器人視覺通常簡稱為機器視覺，其工作原理相較計算機視覺原理有所不同。機器視覺更加傾向于應用能力下的轉用視覺系統，工作過程強調了對任務相關事物的識別。機器人視覺主要由獲取、分析、輸出圖像等步驟組成，就單圖像獲取模塊來說，由光感和照明系統，視覺傳感器、轉換和存儲器等組成。在功能方面可以劃分為兩種，一種是視覺檢驗，另一種則是視覺引導。機器人視覺被大量用于工業、醫學以及軍事等領域，這其中80%被用于檢測。

2 視覺傳感器及其種類

2.1 視覺傳感器的原理及特點

目前傳感技術發展比較成熟的有7種，而視覺傳感技術位列其中，基于視覺傳感技術的視覺傳感器是機器人通過獲取畫面進行相應的成像處理，并分析出原物體的各種特征數值，主要有大小、重量、形狀、位置等信息，再進行分析與解釋，將數據輸出并分析結果可靠性的一種傳感器。其主要的原理是，通過光學元器件和成像裝置來獲取環境的圖像信息，并利用圖像分辨率來描述視覺傳感器的性能，主要影響傳感器精確度的因素有圖像的分辨率高低、實景物體距離視覺傳感器的遠近，分辨率越低、實景物體距離越遠精確度就越差。

2.2 視覺傳感器的種類劃分

2.2.1 3D視覺傳感器

3D視覺傳感器依托于3D視覺傳感器技術的發展與應用，以其優良的應用性能被應用在攝影攝像、通信、汽車傳感系統、醫學分析、虛擬場景、科研等眾多領域，而這些應用均是以3D視覺圖像傳感技術為基礎。3D視覺傳感技術其是利用3D攝像頭采集空間內三維坐標的空間信號信息，通過計算對成像進行復原，這種技術的好處就是不易受到外界因素的干擾，尤其是光線、技術上更加穩定，成像更加清晰。

2.2.2 智能視覺傳感器

智能視覺傳感器對我們來說是陌生的，我們平常使用的智能照相機的學名就是智能視覺傳感器，作為突破瓶頸發展的新型視覺傳感技術，其實現了匯集圖像采集、處理和信息傳遞功能的小型機器視覺系統，是一種基于計算機視覺系統發展而來的傳感器。它能夠將幾個復雜的模塊組成一個系統，包括傳感器、處理器、通訊和其他外設等，通過一體化系統的設計，降低了復雜功能實現的難度，提高了工作的效率，同時在形體上設計超出了傳統的理念，開拓了視覺技術的發展新方向。智能視覺傳感器具有使用方式簡單、維護方式便捷等優勢，在短時間內得到了迅速地發展。

3 視覺傳感器的應用

3.1 機器人車身視覺檢測系統

移動機器人的制造過程中對于機器人車身的各項數據指標都非常苛刻，對車身的檢測技術提出了巨大的挑戰，傳統的檢測采用三坐標檢測機不能滿足檢測需求。這種檢測方式不僅操作較為困難，且檢測的速度相對較慢、檢測周期較長，在這種檢測壓力下，很多車輛制造商采用的是抽檢的方式進行檢測，這對于車輛的安全性能來說是存在一定隱患的。而擋風玻璃的尺寸、車門安裝的棱邊位置、定位孔的對應位置等指標影響度很大，因此需要視覺傳感器發揮位置精準定位的重要作用，主要規范棱邊、位置、定位孔、表面的空間位置及尺寸。這是汽車生產過程中不可或缺的環節，各項指標調整到最佳后，將車身置于框架中，因此需要更加科學地規劃傳感器的位置，在數量和位置上都要進行嚴格地把控，且按照相對應的檢測需求安置不同類型的傳感器裝置。在車輛傳感器測量系統中，需要將車身安放在之前設定好的精確檢測點位上，之后傳感器按照相關程序的設定進行有序地檢測，計算計進行圖像的采集并對于圖像進行相對應地處理，計算出被檢測位置的相關三維坐標數據，利用計算機對輸出值與標準值進行比較分析，得出準確無誤的數據結果之后，完成檢驗將車身移出檢測位置。

3.2 三維形貌視覺測量系統

三維形貌視覺測量系統是基于逆向工程、產品的數字化設計、管理以及產品制造的視覺檢測技術。三維形貌視覺測量的工作原理是同時將非接觸視覺、迅速測量以及分辨率較高的數字成像技術相結合。這種測量技術一般被用于檢測體積較大且外形不規則的物體，其主要有兩個類別：局部三維信息成像和整體拼接。首先是通過視覺傳感器對檢測物的局部信息進行全方位地掃描與測量，之后通過拼接技術將局部信息進行有效拼接獲得完整圖像。傳感器的掃描測頭通常應用雙目立體視覺測量的工作原理設計而來。實現整體拼接的工作是將測量而得到的局部信息全部投放至公共坐標，進而得到檢測物體的整體圖像。采用分辨率極高的相機對檢測物體的不同位置進行信息的收集，使用光束定向交匯平差的原理實現點坐標控制的同時建立起公共坐標，之后將公共坐標的每一個點信息進行有效地連接、轉換以及拼接。

4 結語

視覺系統基于視覺傳感技術更加精確地實現對物體的圖像收集以及處理，進而將數據分析傳遞給相關工作人員。視覺傳感器的面市，不僅僅能夠打破傳統檢測的局限性，同時也能夠促進科學技術的健康發展，對于人類社會來說，是一種科技不斷面向成熟的標志。