机器视觉测量技术

机器视觉测量技术杨永跃合肥工业大学

2007.3

目录

第一章绪论

1.1 概述

1.2 机器视觉的研究内容

1.3 机器视觉的应用

1.4 人类视觉简介

1.5 颜色和知觉

1.6 光度学

1.7 视觉的空间知觉

1.8 几何基础

第二章图像的采集和量化

2.1 采集装置的性能指标

2.2 电荷藕合摄像器件

2.3 CCD 相机类

2.4 彩色数码相机

2.5 常用的图像文件格式

2.6 照明系统设计

第三章光学图样的测量

3.1 全息技术

3.2 散斑测量技术

3.3 莫尔条纹测量技术

3.4 微图像测量技术

第四章标定方法的研究

4.1 干涉条纹图数学形成与特征4.2 图像预处理方法

4.3 条纹倍增法

4.4 条纹图的旋滤波算法

第五章立体视觉

5.1 立体成像

2

5.2 基本约束

5.3 边缘匹配

5.4 匹域相关性

5.5 从 x 恢复形状的方法

5.6 测距成像

第六章标定

6.1 传统标定

6.2 Tsais 万能摄像机标定法

6.3 Weng ’ s 标定法

6.4 几何映射变换

6.5 重采样算法

第七章目标图像亚像素定位技术第八章图像测量软件

(多媒体介绍

第九章典型测量系统设计分析9.1 光源设计

9.2 图像传感器设计

9.3 图像处理分析

9.4 图像识别分析

附:教学实验

1、视觉坐标测量标定实验

2、视觉坐标测量的标定方法。

3、视觉坐标测量应用实验

4、典型零件测量方法等。

3

第一章绪论

1.1 概述

人类在征服自然、改造自然和推动社会进步的过程中,面临着自身能力、能量的局限性, 因而发明和创造了许多机器来辅助或代替人类完成任务。智能机器或智能机器人是这种机器最理想的模式。

智能机器能模拟人类的功能、能感知外部世界,有效解决问题。

人类感知外部世界:视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉

眼耳鼻舌身

所以对于智能机器,赋予人类视觉功能极其重要。

机器视觉:用计算机来模拟生物(外显或宏观视觉功能的科学和技术。

机器视觉目标:用图像创建或恢复现实世界模型,然后认知现实世界。

1.2 机器视觉的研究内容

1 输入设备成像设备:摄像机、红外线、激光、超声波、 X 射线、 CCD 、数字扫描仪、超声成像、 CT 等

数字化设备

2 低层视觉(预处理 :对输入的原始图像进行处理(滤波、增强、边缘检测 ,提取角点、边缘、线条色彩等特征。

3 中层视觉:恢复场景的深度、表面法线,通过立体视觉、运动估计、明暗特征、纹理分析。系统标定

4 高层视觉:在以物体为中心的坐标系中,恢复物体的完整三维图,识别三维物体,并确定物体的位置和方向。

5 体系结构:根据系统模型(非具体的事例来研究系统的结构。 (某时期的建筑风格—据此风格设计的具体建筑

1.3 机器视觉的应用

工业检测—文件处理,毫微米技术—多媒体数据库。

许多人类视觉无法感知的场合,精确定量感知,危险场景,不可见物感知等机器视觉更显其优越十足。

1 零件识别与定位

4

生产线机器人足球赛

2 产品检验

外形、表面、装配位置、超声探测内部裂纹和气孔

3 移动机器人

双目识别恢复场景。无人驾驶汽车

4 遥感图像分析

航空摄影、气象卫星、资源卫星

航空摄影:利用普通摄影机航拍。制图、制导用

气象卫星:红外成像、气象云图

海洋资源:合成孔径雷达,获取海辰形象。找矿农作物调查,自然灾害测报,生态环境检测。

5 医学图像分析

X 射线、 CT (Computer Tomography 、核磁共振 MRI (magnetic resonance imaging ,超声成像。

作用:(1图像增强、标记、染色

(2专家系统,自动研制

6 安全鉴别、监视跟踪

车辆识别、车牌号识别

人脸、眼底、指纹、表情

7 其他

体育运动分析:游泳

5

制衣(人体扫描

影视制作

1.4 人类视觉简介

1 人眼所能看到的光谱范围,只是电磁波辐射范围的很小的一部分,为 380nm -780nm ,可见光谱

2 人眼的构造

角膜占表面的 1/6具有屈光作用

晶状体、玻璃体等都有屈光作用

视网膜:杆状细胞(暗

3 视觉信息处理

(1 亮度 (2 形状(3运动(4颜色(5深度感(6通道(7并行

人眼对运动物体特别敏感

锥状细胞有三种,分别对 430、 540、 570,敏感,构成了三基色原理的基础。深度感因视差而产生视觉过程:

(1视觉的时间特性

视觉在时间上有累积效应

对一般的物体进行观察时,接收光的总能量

E 与物体可见面积、表面宽度 L 和时间距 (观察时间长度 T 成正比。

另外:人对光的感觉有潜伏期,多次闪光会导致闪烁的知觉。

降龙十八章

(2视觉的空间特性

小而弱的光点单独呈现时可能看不见, 但当多个连在一起作为一个大的光点时同时呈现时便能看见了。

视觉度表示人所能看到景物细节的准确性。

认知觉察定位

觉察:检测在视野中的某个给定物体是否存在定位:对两物体相对位置精确辨别的能力

解像:对一视觉形状各组成部分之间距离的辨别能力

认知:综合的能力和方法,包括明度识别,一定的解像力和定位能力。 (3形状知觉:轮廓、图形、背景

轮廓:轮廓把物体与视野中的其它部分区分开来,轮廓不等于形状。轮廓只是边界,是局部概念,而形状则是全体概念。主观轮廓:

主观轮廓产生的必要条件是有些不完整的因素出现将它完整起来就有一种把它变成简单和稳定正规图案的倾向。 (4视觉的相对性