具有简单视觉功能的直线定位系统设计
人类的视觉系统
人类的视觉系统概述人类的视觉系统是一种复杂而精细的感知系统，使我们能够感知和理解周围的世界。
视觉系统允许我们通过感知光线并将其转化为对物体、形状、颜色和运动的理解。
视觉系统的工作过程可以简单地分为两个阶段：光的接收和信号处理。
当光线通过我们的眼睛进入时，它经过一系列的光学透镜和角膜折射，最终到达位于眼球后部的视网膜。
视网膜是视觉系统的关键组成部分，其中包含了感光细胞，即视锥细胞和视杆细胞，它们负责接收光信号。
一旦光信号被感光细胞接收，它们会被转化为神经信号，并通过视神经传递到大脑。
在传递过程中，视觉信息经过多个处理阶段，包括初级视觉皮层和高级视觉皮层。
这些皮层负责解码和解释视觉信号，从而使我们能够感知和理解所看到的物体、颜色、形状和运动。
视觉系统的概述还包括颜色感知和色彩理论。
我们的视觉系统对不同波长的光具有感知能力，从而使我们能够感知到广泛的颜色。
色彩理论涉及到对颜色的感知和如何将不同颜色组合在一起以形成其他颜色。
总的来说，人类的视觉系统是一个复杂而精密的系统，通过感知光线并进行信号处理，使我们能够感知和理解周围的世界。
它涉及到眼睛的结构和功能、视网膜的作用和特点以及大脑中的视觉处理过程。
同时，颜色感知和色彩理论也是视觉系统概述的重要组成部分。
视觉系统的组成部分视觉系统是由多个组成部分构成的复杂系统，每个部分都扮演着特定的角色，共同协作以实现视觉感知和理解。
以下是视觉系统的主要组成部分：1.眼球：眼球是视觉系统的起点，它包括角膜、瞳孔、晶状体和视网膜等结构。
角膜和晶状体负责折射光线，使其聚焦在视网膜上。
瞳孔是控制光线进入眼球的开关。
2.视网膜：视网膜是位于眼球后部的光敏组织，其中包含了感光细胞，即视锥细胞和视杆细胞。
视锥细胞对颜色和细节感知起重要作用，而视杆细胞对低光条件下的黑白感知更为敏感。
3.视神经：视神经是将视觉信息从视网膜传递到大脑的关键通道。
它由一束神经纤维组成，将视觉信号传输到大脑的视觉中枢。
简易直线位移测量系统设计毕业论文
简易直线位移测量系统设计毕业论文目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究意义 (1)1.3 研究内容 (2)1.4系统总体方框图 (2)第二章硬件设计 (3)2.1编码器设计 (3)2.2单片机概述 (3)2.2.1 单片机分类 (4)2.2.2单片机与单片机系统 (5)2.2.3 单片机应用领域 (5)2.3 MCS—51系列单片机介绍 (6)2.3.1 MCS—51系列芯片简介 (6)2.3.2 最小系统 (6)2.3.3 定时与中断的概念 (7)2.4 AT89S52芯片概述 (8)2.5 MAX232芯片简介 (10)2.6 RS232 (DB9) 串口介绍 (11)2.7 电压比较器 (13)2.7.1 LM339芯片 (13)2.7.2四细分原理 (14)2.8 光敏二极管简介 (14)第三章软件程序设计 (16)3.1 上位机VB程序设计 (16)3.1.1 VB流程图 (16)3.1.2 Visual Basic6.0软件介绍 (17)3.1.3 VB界面设计 (18)3.1.4 Mscomm控件简介 (19)3.1.5 VB程序设计 (20)3.2 下位机单片机程序设计 (22)3.2.1 主程序 (22)3.2.2 定时中断程序 (24)3.2.3 看门狗激活 (25)3.2.4 串口中断程序 (26)3.2.5 数据发送程序 (26)3.2.6 计数程序 (27)第四章系统调试 (29)4.1 硬件电路调试 (29)4.1.1 protues软件简介 (29)4.1.2 实物检测步骤 (29)4.2 软件调试 (30)4.2.1 系统调试工具keil (30)4.2.2 调试的主要方法 (30)结论 (32)参考文献 (33)谢辞 (34)附录1 上位机VB程序 (35)附录2 下位机单片机程序 (37)附录3 实物图 (41)简易直线位移测量系统设计第1章绪论1.1 研究背景位移测量系统大部分都是通过各式各样的传感器来实现的的，而传感器本身的特性从很大程度上决定了测量系统本身的精度、实用性，通用性等要素。
直线定向的标准方向
直线定向的标准方向直线定向是一种常见的导航技术，它通过一定的方法和工具来确定方向，使人或物体能够沿着特定的直线路径前进。
在许多领域，如建筑、航空、航海、野外探险等，直线定向都扮演着重要的角色。
本文将介绍直线定向的标准方向，以帮助读者更好地理解和运用这一技术。
首先，直线定向的标准方向是指在特定环境下确定直线路径的方法和规则。
在实际操作中，我们可以利用各种工具和技术来实现直线定向，比如地图、指南针、GPS等。
这些工具可以帮助我们确定方向，并且在一定程度上保证直线路径的准确性。
其次，直线定向的标准方向需要考虑一些因素。
比如地形、地貌、气候等因素都会对直线定向产生影响。
在山区、沙漠、森林等复杂环境中，我们需要更加细致地分析和判断，以确保直线路径的准确性和安全性。
此外，还需要考虑到风向、日照等因素对方向的影响，以及如何通过调整方向来适应这些影响。
另外，直线定向的标准方向还需要我们具备一定的技能和知识。
比如如何使用地图和指南针来确定方向，如何分析地形地貌来选择最佳路径，如何应对突发情况等。
这些都需要我们不断学习和实践，以提高自己的直线定向能力。
最后，直线定向的标准方向是一个不断发展和完善的过程。
随着科技的进步，我们可以利用更先进的工具和技术来实现更精准的直线定向。
比如利用卫星定位系统、无人机等，可以更加方便快捷地实现直线定向。
但与此同时，我们也需要不断总结经验，总结失败的教训，以不断完善直线定向的标准方向。
总之，直线定向的标准方向是一个复杂而又重要的课题。
通过不断的学习和实践，我们可以更好地掌握直线定向的技能，从而在实际应用中取得更好的效果。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢！。
直线派设计理念是什么意思
直线派设计理念是什么意思
直线派设计理念是一种注重简洁、清晰和直接的设计风格。
这种设计理念强调
简单的线条和几何形状，以及纯粹的色彩和材料。
直线派设计追求简约和功能性，注重实用性和效率。
直线派设计理念最早起源于20世纪初的欧洲，是现代主义设计运动的一部分。
在这一时期，设计师们开始摒弃过去的繁复和装饰性，转而追求简单、直接和实用的设计风格。
直线派设计理念的代表人物包括德国建筑师密斯·凡·德·罗和荷兰设计师皮埃尔·让·杰尼特。
直线派设计理念的核心是“少即是多”，强调简约和纯粹。
设计师们通过简单
的线条和几何形状来表达设计的本质，避免过多的装饰和繁复的细节。
这种设计风格不仅在建筑和室内设计中有所体现，也在家具、工业产品和平面设计中得到了广泛应用。
直线派设计理念的另一个重要特点是功能性和效率。
设计师们注重产品的实用
性和使用体验，追求简单而有效的解决方案。
他们通过精心设计的结构和材料选择，使产品能够更好地满足用户的需求，并且具有更长的使用寿命。
在当今的设计领域，直线派设计理念依然具有重要的影响力。
随着人们对简约
和实用的追求，直线派设计风格成为了当代设计的主流之一。
无论是建筑、室内设计还是产品设计，直线派的影子都可以随处可见。
总的来说，直线派设计理念是一种追求简约、功能性和效率的设计风格。
它强
调简单的线条和几何形状，注重产品的实用性和使用体验。
这种设计理念不仅在
20世纪初的现代主义运动中得到了广泛应用，也在当今的设计领域中依然具有重
要的影响力。
纯方位系统目标折线运动定位与跟踪原理
纯方位系统目标折线运动定位与跟踪原理
纯方位系统目标折线运动定位和跟踪是利用被追踪目标的运动轨迹的
特征信息来实现定位和跟踪研究方法。
它具有传统视觉技术不可比拟
的抗干扰能力。
它的重要特点在于有良好的定位精度，受下列系统要
素的影响最小：
1. 数字化：在同一个系统组件中，通过数字技术实现表面拟合，通过
数字测量仪器、高数字解调技术、智能信号处理技术来提高系统准确
度和动态性能；
2. 高精度：采用高精度的图像采集、信号处理和定位技术，确保定位
的准确性和实时性；
3. 全光源跟踪：采用变换技术，可以同时处理多个目标，具有良好的
跟踪性能；
4. 全投影定位：从客观上分辨被追踪在视频中基本形状，可以实现定
位跟踪；
5. 特征描述：追踪目标的基本特征，如直线斜率、角度，运动速度等；
6. 方位处理：在被追踪目标的单次或连续移动过程中，对它的运动特
征进行分析，计算实时的位置和运动状态。
纯方位系统目标折线运动定位和跟踪技术的应用领域非常广泛，如交通中的行车路径分析，IZAI搜索与跟踪，无人机目标定位与跟踪，救援机器人定位与跟踪等。
纯方位系统目标折线运动定位和跟踪技术，可以大大地提高服务质量和应用能力，为客户提供更好的体验及更全面的服务。
直线电机的PID控制器设计
直线电机的PID控制器设计直线电机是一种常用于工业自动化控制系统中的电动机，它具有结构简单、性能优越等优点，广泛应用于数控机床、自动化生产线等领域。
PID控制器是一种常用的控制算法，可以对直线电机进行精确的位置、速度和力矩控制。
1.系统建模：首先需要对直线电机进行建模，得到其数学模型。
直线电机的数学模型可以通过动力学方程来描述，其中考虑到机械和电磁的相互作用。
根据直线电机的特性，可以得到其动力学方程，例如：Mi=Ke*Ie-Fe-Ff-FvVi=Kt*i其中Mi为直线电机的力矩，Ke为电动势常数，Ie为电流，Fe为电磁力，Ff为摩擦力，Fv为外部干扰力，Vi为速度，Kt为电动势常数，i为电流。
2. 参数调整：在PID控制器中，P代表比例控制，I代表积分控制，D代表微分控制。
需要根据实际情况对这三个参数进行调整，以达到最优的控制效果。
参数调整可以通过试验或者计算的方式进行。
常见的调参方法有Ziegler-Nichols方法、最小二乘法等。
3.控制策略选择：根据实际需求，选择合适的控制策略。
直线电机的PID控制器可以采用位置控制、速度控制或者力矩控制策略。
根据电机的特点和应用场景，选择合适的控制策略。
4.实施控制算法：将PID控制器算法实施到直线电机的控制系统中。
使用编程语言或者控制器硬件进行实现，将参数调整好的PID控制器算法应用到直线电机的控制系统中。
5.闭环控制：PID控制器是一种闭环控制算法。
在实际使用中，需要通过传感器获取直线电机的实际位置、速度或者力矩，然后将其与期望值进行比较，计算出控制信号，对直线电机进行调节。
通过反馈控制，使得直线电机的输出与期望输出尽可能接近，实现精确的控制。
在PID控制器设计中，还需要考虑以下几个因素：1.控制器输出：PID控制器通过计算得到的控制信号，需要转换成适合直线电机的输入信号。
可以通过电流、电压加以控制。
2.控制器稳定性：PID控制器需要保持系统的稳定性，以确保输出结果不会出现震荡、持续偏差等情况。
视觉导航系统中的目标识别与定位技术
视觉导航系统中的目标识别与定位技术摘要：视觉导航系统中的目标识别与定位技术是一种基于图像处理的技术，用于识别和定位导航系统中的目标物体。
本文将介绍视觉导航系统中常用的目标识别与定位技术，并讨论它们的应用和未来发展。
引言：随着无人机、自动驾驶车辆、机器人等应用的快速发展，视觉导航系统的需求日益增长。
目标识别与定位技术作为视觉导航系统的核心组成部分，能够帮助导航系统实现环境感知和路径规划。
本文将以视觉导航系统为背景，介绍目标识别与定位技术的基本原理、常用方法及其应用领域。
一、目标识别技术目标识别技术是指通过对图像或视频进行分析，将感兴趣的目标从背景中区分出来。
常见的目标识别方法包括模板匹配、特征提取与匹配以及深度学习方法。
1. 模板匹配：模板匹配是一种基于像素级别相似度的目标识别方法。
它通过将待识别目标与预先定义的模板进行比较，找到最相似的位置。
该方法的优点是计算简单，但对光照、变形等因素较为敏感。
2. 特征提取与匹配：特征提取与匹配是一种基于局部特征的目标识别方法。
它通过提取图像中的角点、边缘等特征信息，并将其与数据库中的特征进行匹配。
该方法具有较好的鲁棒性，但对目标物体的旋转、尺度变化较为敏感。
3. 深度学习方法：深度学习方法是近年来发展起来的一种目标识别技术。
它通过构建深层神经网络模型，学习从原始图像到目标标签的映射关系。
与传统方法相比，深度学习方法在目标识别的准确性和鲁棒性方面取得了显著的进展。
二、目标定位技术目标定位技术是指通过计算目标物体在图像上的位置信息，实现对目标物体的定位。
常见的目标定位方法包括边界框回归、关键点定位和姿态估计等。
1. 边界框回归：边界框回归是一种基于目标外框的目标定位方法。
它通过对图像中目标物体的外框进行回归，得到目标的位置信息。
该方法简单快速，适用于目标物体边界明显的情况。
2. 关键点定位：关键点定位是一种基于目标内部关键点的目标定位方法。
它通过检测目标物体的关键点，如人脸的眼睛、鼻子等，计算目标的位置信息。
直线往复运动可自动调节行程机械设计
直线往复运动可自动调节行程机械设计随着科技的不断发展，机械设计也逐渐趋于智能化和自动化。
在许多工业领域，直线往复运动机械被广泛应用于生产线上的自动化装配、包装、搬运等工作。
而在这些应用中，行程的自动调节是非常关键的一项设计要求。
直线往复运动可自动调节行程的机械设计主要包括以下几个方面：传动系统、控制系统、传感器以及行程调节装置。
传动系统是实现直线往复运动的关键部件，常见的传动方式包括蜗轮蜗杆传动、曲柄滑块传动、气动传动等。
其中，蜗轮蜗杆传动具有传动比稳定、运动平稳、噪音小等优点，因此在行程自动调节机械中得到广泛应用。
传动系统的设计需要考虑到运动的速度、力矩、精度等多个因素，以满足不同工况的要求。
控制系统是直线往复运动机械的核心部分，其功能是实现运动的控制和行程的自动调节。
在控制系统中，通常会采用PLC（可编程逻辑控制器）或者单片机作为控制核心，通过编程实现对运动的控制。
控制系统需要根据输入的信号，对传动系统进行控制，使其实现直线往复运动，并根据需要调节行程的长度。
为了实现行程的自动调节，需要在机械设计中加入传感器。
传感器主要用于检测行程的长度，并将检测到的信号反馈给控制系统。
常见的行程传感器有光电开关、接近开关、编码器等。
通过传感器的反馈信号，控制系统可以实时监测行程的位置，根据设定的要求对行程进行自动调节。
行程调节装置是直线往复运动机械中实现行程自动调节的关键组成部分。
行程调节装置的设计要求包括：行程范围大、调节精度高、结构简单等。
常见的行程调节装置有导轨式行程调节装置、螺杆式行程调节装置等。
导轨式行程调节装置具有结构简单、行程范围大等优点，广泛应用于直线往复运动机械中。
在直线往复运动可自动调节行程机械的设计中，还需要考虑安全性和稳定性。
行程调节装置需要具备防止过载和防止意外碰撞的功能，以确保操作人员和设备的安全。
同时，机械设计中需要考虑到负载变化对行程的影响，保证在负载变化的情况下，行程自动调节机械仍能稳定工作。
室内导航定位系统设计与实现
室内导航定位系统设计与实现随着科技的不断发展，人们对于智能导航系统的需求也越来越高。
室内导航定位系统是指在室内环境中通过无线信号或其他技术手段，为用户提供准确的室内定位和导航服务。
本文将从系统设计和实现两个方面探讨室内导航定位系统的相关技术和应用。
一、系统设计1. 系统架构室内导航定位系统的设计需要考虑硬件设备和软件系统的结合。
在硬件设备方面，可以利用无线信号定位技术、惯性导航传感器和摄像头等设备获取用户的位置信息；在软件系统方面，可以建立地图数据库和路径规划算法，为用户提供导航服务。
2. 定位技术室内导航定位系统常用的定位技术包括Wi-Fi定位、蓝牙定位和超声波定位等。
Wi-Fi定位通过检测Wi-Fi信号强度和指纹数据库进行定位；蓝牙定位利用蓝牙信号的强度和距离计算用户位置；超声波定位观测通过测量声波传播时间差计算用户位置。
根据室内环境特点和用户需求，选择合适的定位技术进行系统设计和实现。
3. 地图数据库地图数据库是室内导航定位系统中的关键部分，需要包含室内各个区域的平面图和相应的关联信息。
地图数据库可以基于开放地图数据和用户反馈信息进行构建，通过合适的信息结构和查询算法，提供准确、可靠的导航服务。
二、系统实现1. 数据采集与处理系统实现阶段需要采集用户的位置数据，并进行处理和分析。
这包括收集用户的定位信息和行进轨迹，并利用算法进行数据预处理、去噪和关联分析等，以提高定位的准确性和可靠性。
2. 定位算法选择合适的定位算法对用户位置进行估计，常用的定位算法包括指纹定位算法、基于距离的定位算法和粒子滤波算法等。
指纹定位算法通过建立指纹数据库和匹配算法实现用户位置估计；基于距离的定位算法利用信号强度和距离的关系进行位置估计；粒子滤波算法通过状态估计和粒子滤波器实现用户位置的精确估计。
根据数据特点和系统要求，选择适合的定位算法进行实现。
3. 导航服务实现室内导航定位系统的最终目标是为用户提供准确的导航服务。
视觉效果加强的线条教案设计
视觉效果加强的线条教案设计。
一、目标在这份教案中，我们的目标是：1.了解线条在视觉设计中的重要性；2.了解不同类型的线条；3.学习如何使用线条改善设计作品的视觉效果；4.理解线条设计的限制。
二、线条设计的基本原则1.简单性线条应该具有简单的属性，能够表达出清晰的信息。
不应过于复杂或含混不清。
简单的线条可以有效的进行视觉传达并保证了视觉美感的整体性。
2.与画面相符线条应该与整个画面的设计相符，以便在视觉设计中达到在画面中突出其重要性和主题的效果。
3.连贯性线条要有一个简单清晰的方向，并能够从一个点连接到另一个点。
连贯性能使设计作品更加整体统一，从而使得视觉效果更加强大。
4.无限变化线条应具有一定的变化性和适应性，能够适应于不同的设计风格以及视觉效果要求。
通过灵活运用可使其达到最佳效果。
三、线条类型1.实线实线是最基本的线条类型，其可以作为任何类型的视觉设计中的基本元素。
2.虚线虚线适用于一些需要减少円滑感或者阴影的线条设计中，能够节约空间并更加清晰的展现设计。
3.点线点线与虚线相似，但它使用一串点代替虚线，可以达到更加柔和的效果，如连接有关元素和图标时等。
4.条纹线条纹线是由一系列间隔状的线条组成，是实现复杂图像必不可少的线条之一，适用于一些高端设计或手法独特的设计作品上。
5.锯齿线条锯齿线条更适用于各种不同类型的图案，能够表现出形状的几何变化以及不同元素的差异性。
四、如何使用线条改善设计作品的视觉效果1.使用线条强化设计的主题或重点通过强调设计主题或重点，视觉效果可以得到有效地增强。
例如在平面设计中大多会使用线条来强调主题或标志。
2.利用线条来传达情感线条的形式可以有效的传达情感而不是仅仅是图像信息。
通过塑造线条的形式，设计师可以让其表达不同的情感。
3.使用线条创建深度感线条可以很好的给视觉设计带来立体感。
通过调整线条的颜色、宽度和虚实来表达出不同深度感和立体感。
4.使用线条创造空间规律感线条在设计中也可以起到规律感的作用，在室内设计、建筑和风景设计中，可以通过线条来表现出视觉融合后的空间规律感。
管线穿舱件智能定位系统的研究
工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications·71·第47卷第12期2021年12月在石油钻采平台、液化天然气项目工艺模块以及钻井船、钻井平台等，管线灵活地穿梭于各个区域，常常需要跨过围壁或者穿过甲板，也就是穿舱。
需要穿舱的管线在穿舱处需要焊接一个穿舱件，起到保护与密封的作用。
在现场安装管线之前，需要进行穿舱件定位施工的准备工作，提前焊好管线穿舱件。
1 背景穿舱件定位施工的准备工作，目前普遍都是由工作人员手动计算完成。
首先，工作人员需要掌握项目定位轴网的坐标和管线穿舱件的坐标；然后，分别在横向及纵向两个定位方向上判定出与穿舱件相距最近的定位轴；最后，经人工计算得出准确的定位距离，并确定该穿舱件与该定位轴的方位关系，至此完成一个管线穿舱件的精确定位。
而每个项目所涵盖的管线穿舱件，少则数十，多则数百，相当费时费力，而且由于人为因素的干预，容易产生错误的定位数据。
一旦按照错误的定位结果施工，将会造成包括焊接、打磨、补漆等多个工序在内的返工，严重的还将影响结构强度。
因此，十分有必要研究出一种精确高效的定位穿舱件的方法，提高工程建造整体的科学、安全、质量等综合性指标。
2 设计思路该智能定位系统的设计初衷，是希望由智能自动计算取代人工手动计算，从而提高工作的效率，保证定位结果的准确性，减少作业人员的工作量，避免产生错误的定位数据。
设计思路为，获取定位轴网信息（读取纵轴个数 → 分别读取每个纵轴的名称和坐标 → 读取横轴个数 → 分别读取每个横轴的名称和坐标）→获取定位点信息（读取定位点的横纵坐标）→ 后台自动计算 → 显示定位结果 → 继续获取下一个定位点的信息进行定位工作。
3 研究方向确定了设计思路，接下来就是研究如何编制管线穿舱件智能定位系统的程序，研究的内容和解决的问题主要包括以下几个方面：①如何利用定位系统读取项目坐标轴网的信息；②该定位系统以何种方式获取穿舱件定位点信息；③编制能够实现穿舱件自动智能定位的算法程序；④对算法进行优化，进一步提升工作效率；⑤提高该定位系统的智能化和自动化程度，使其具备更强的可操作性；⑥确定最优结果输出方式，便于快速、高效、精确地进行定位工作。
基于用户行为的多功能护理床系统设计
设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2022年11期基于用户行为的多功能护理床系统设计孙伟，刘志泳，徐庆云（广州软件学院，广东广州510990）目前，护理床主要分为手动护理床和电动护理床。
手动式护理床由最初只有单纯抬背方式演变到现在既可抬背又可抬腿、屈腿等多种床面位姿方式。
床面姿态变化的操作方式多用手动分别摇动各个体位把手，多数的手动护理床采用涡轮蜗杆传动，它将旋转运动方式转化为直线运动方式。
进入20世纪90年代，电动护理床在医护设备中开始应用。
电动护理驱动电机床多为市电220V ，它具有使用简单方便、护理省时省工的特点，逐渐成为世界各国以及各个科研单位和商家研发的重点。
目前，只有少数国家掌握了高端的多功能护理床技术，如欧美、日本等。
其中最具代表性的公司如美国的Metrocare 公司、Device link 公司、HILL 援ROM 公司及日本的乐梦公司等[1-2]。
国内一些科研机构也开始对护理床进行研究。
中国科学院研制的第一台智能轮椅，开辟了该领域研究的先河。
该轮椅系统拥有智能语音人机交互、视觉及指令巡航等功能，可以在人群中进行穿行。
高振斌等[3]开发了一种具有智能监控护理床系统，该系统不仅可以监控病患的生理参数，而且可以对床体姿态以及异常情况实时监控。
该系统在一定程度上完善了护理床系统的自动化功能，但是缺乏移动互联功能，目前也是急需要解决的问题。
蒋皆恢[4]等开发了一种护理床系统，利用物联网+技术，该系统利用闭环控制、结构模块化，医护人员可通过移动互联终端对其进行远程操作，控制距离没有了限制。
但是并没有对用户的行为进行分析和优化，目前也是亟需解决的问题。
1系统设计方案本文综合运用物联网、传感器检测、无线传输等技术，设计一个可用于失能老人护理的护理床终端系统。
护理床不仅可以多维度的动作，减轻使用者长期卧床带来的病态，而且可以实时监控人体生理参数，保证使用者健康状态及时反馈。
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具有简单视觉功能的直线定位系统设计芦飞湖南师范大学摘要：本次论文主要是先设计1米左右的线轨装置，然后使其同时具有简单的视觉功能，能够在其左右平移范围内搜寻并定位预先设定的小圆圈、小三角形、小正方形等标记。
本次论文采用摄像头的形式来采集图像，并且通过MATLAB编程实现图像的识别。
设计的主要内容包括确定线轨的搭建材料、主要结构，驱动的机械部件、控制方式及其电路，视觉处理的主要部件选型及匹配搜索算法等,在本篇论文中主要是针对视觉处理的主要部件即摄像头的类型的选型和匹配的搜索算法进行阐述。
关键字：视觉跟踪；匹配算法；单摄像头1.引言视频图像能够对现实生活中的客观事物进行生动、形象、直观和连续的表达，因此被广泛应用在工业生产、安防、智能机器人和生物等领域。
随着计算机网络、通信和半导体技术的迅速发展，人们越来越青睐于利用计算机视觉代替人眼对传感器得到的视频图像进行分析，获取图像中的有用信息。
视频跟踪就是计算机视觉研究的一个重点，它主要是对图像传感器得到的感兴趣的目标进行跟踪。
视频跟踪是许多视频应用的基础，比如交通监控、智能机器人和人机交互等，因此视频跟踪技术是目前研究的热点。
2.主要机械器件的选择2.1机器视觉系统的视觉部件的设计本次论文中的系统主要分为目标提取识别和目标跟踪定位两大模块，目标提取识别模块由边缘提取，特征提取，图像分割等方法实现。
其实质是用数字图像处理的方法实现对目标的识别，数字图像处理一般包括图像的获取，增强，存储，处理，表达和识别等步骤。
在目标识别之前，首先要进行目标采集，就需要用到摄像头，即机器视觉系统。
机器视觉系统应该包括图像感应器与透镜系统，这通常整体称作摄像系统，可需要通过火线，USB 或以太网等电气接口连接到计算机上，而计算机则连接至控制设备。
本文所用设备为UAB 摄像头，所采集图片的颜色空间为RGB空间，然后选取目标的颜色模板，通过特征匹配和领域线性搜索等检测跟踪算法，最终实现对目标的识别与跟踪。
一个经典的机器视觉应用系统包括光源，光学镜头，摄像机，图像采集卡，图像处理系统，控制执行模块等等。
由于机器视觉系统的应用范围特别广泛，在不同的应用系统里会选用不同的组成部分，但是无论何种系统都离不开最基本的几个组成部分。
在配置机器视觉系统时，需要个部件之间相互协调，相互配合才能组成一个成功的机器视觉系统。
并且在选择机器视觉主要部件时要遵循几个原则。
第一：机器视觉系统中光源的选择设计要选择主动照明方式，一般采用人工光源照明被测对象；第二：重点考虑被测物体的特性，特别是被测目标部分的形状与颜色，工作距离与目标之前的距离。
这些题中都有给出，主要是识别图中的预先设定的小圆圈，小三角形，小正方形等标记，并且工作距离和目标之间的距离在一米以内。
第三：驱动部位的定位精度，以及是否能准确找到目标物所在的位置。
第四：摄像头即镜头的选择，镜头的质量直接影响机器视觉系统的整体性能，光学摄像头的基本参数包括焦距，相对孔径和像面的尺寸，其中焦距决定了成像目标在图像传感器图像的大小。
但由于，我这次做的是一个比较简单的系统，我只需要摄像头可以在距离目标距离300mm到400mm之间可以观察到物体的存在，并且可以准确提取图像，主要是选用焦距为24mm的镜头。
摄像头的颜色，主要是选用彩色摄像机，可用提供更强的观察和颜色区别的能力。
摄像头的输出接口形式有RS422，RS644，USB等等，我们主要选用USB接口使数字摄像机和PC机连接设计。
第五：图像采集卡是机器视觉硬件的重要组成部分，具有控制摄像机拍照，数字化视频信息等功能，我们选择主要是要选用与摄像机相匹配的图像采集卡。
2.2机器视觉系统的机械部件的设计本次论文中的机械视觉系统中机械部件主要由驱动部分和传动部分以及支撑部分组成。
驱动部分为伺服电机；传动部分由减速器，滚珠丝杠，直线导轨，滑块，轴承支座组成；支撑部分由支架和安装架组成。
2.2.1电机类型的选择电机的选择对整个机械手的精度，控制方式起着关键性的作用。
交流伺服电机相比于步进电机，在低频特性上，交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象，而步进电机在低速运行时会出现低频振动现象，电机运行平稳性劣于伺服电机；在矩频特性上，交流伺服电机为恒力矩输出，在其额定转速内能保持力矩不变，都能输出额定转矩，而步进电机的输出力矩会随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，步进电机在高速时力矩会很小；在控制精度上，伺服电机驱动系统为闭环控制，电机和驱动器内部构成闭环控制，在其额定力矩内不会出现步进电机的丢步情况，出现过冲情况能补回来，控制性精度能更为可靠，而步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象。
步进电机相比于交流伺服电机，在运行性能上，步进电机运行跟踪实施特性优于伺服电机，不会有延时，而伺服电机为闭环控制，有一定延时；在操作设置上，步机电机驱动设置简单，只需将电流细分设好就可以，伺服驱动器有上百个参数设置，设置很繁琐；价格上步进电机价格远低于伺服电机。
综上对比，考虑到机械手高精度以及平稳性的要求，选用了交流伺服电机。
综合对比国内外多家品牌的价格与性能，电机选型为松下MhMD042G1D（带刹车）+MBDHT2510E，2.2.2滚珠丝杠的选择目前应用最广泛的有三种传动方案：第一种是丝杠传动，第二种是齿轮齿条传动，第三种是同步带传动。
丝杠有两种，一种是普通梯形丝杠，一种是滚珠丝杠。
普通梯形丝杠最大的有点是可以自锁，但是传动效率低下，时间久了传动间隙大，回程精度差，不适合高速往返传动。
滚珠丝杠传动效率高，精度高，噪音低，适合高速往返传动，但是不能自锁，水平传动时跨距大了要考虑极限转速和自重下垂变形，所以传动长度不可太大。
齿轮齿条传动承载力大，传动精度较高，最大的优点是齿条可无限长度对接延续，传动速度可以很高，但若安装精度差，传动噪音大，磨损大。
同步带传动，承载能力较大，传动精度较高，传动长度不可太长，否则需要考虑较大的弹性变形和振动，传动距离大尤其不适合精确定位、连续性运动控制。
短距离传动速度可以很高，噪音低。
2.2.3直线导轨的选择直线导轨作用：本次采用斜齿轮斜齿条传动，必需采用直线导轨及滑块加以辅助传动。
直线导轨起支承和导向的作用，即是使运动部件能沿一定的轨迹运动（导向作用），并承受运动部件及工件的重量和切削力（支承作用）。
直线导轨的设计要求有：第一：导向精度是指运动构件沿导轨导面运动时其运动轨迹的准确程度。
影响导向精度的主要因素有导轨承导面的几何精度、导轨的结构类型、导轨副的接触精度、表面粗糙度、导轨和支承件的刚度、导轨副的油膜厚度及油膜刚度，以及导轨和支承件的热变形等。
直线运动导轨的几何精度一般包括：垂直平面和水平平面内的直线度；两条导轨面间的平行度。
第二：精度保持性是指导轨工作过程中保持原有几何精度的能力。
导轨的精度保持性主要取决于导轨的耐磨性极其尺寸稳定性。
耐磨性与导轨副的材料匹配、受力、加工精度、润滑方式和防护装置的性能的因素有关，另外，导轨及其支承件内的残余应力也会影响导轨的精度保持性。
第三：导轨运动平稳性是指导轨在低速运动或微量移动时不出现爬行现象的性能。
平稳性与导轨的结构、导轨副材料的匹配、润滑状况、润滑剂性质及导轨运动之传动系统的刚度等因素有关。
第四：抗振性是指导轨副承受受迫振动和冲击的能力，而稳定性是指在给定的运转条件下不出现自激振动的性能。
第五：刚度导轨抵抗受力变形的能力。
变形将影响构件之间的相对位置和导向精度，这对于精密机械与仪器尤为重要。
导轨变形包括导轨本体变形导轨副接触变形，两者均应考虑。
直线导轨按照滑块型式分为法兰型与四方型两种，法兰型滑块宽度比四方型更大，承载面积更大。
考虑到机械手的负重大小和安装空间，最终选用四方型滑块。
3.机器视觉系统的设计根据上面的分析，下图为本次机器视觉系统的简要模型图，分别由驱动系统，传动系统和支撑系统组成：图1 设计模型图图2 装配图4.视觉匹配跟踪算法4.1视觉跟踪单目视觉跟踪定位系统主要通过一台摄像机对运动目标进行连续的图像序列的采集，应用设计好的算法在图像序列中对目标进行检测，跟踪，定位。
运动目标跟踪定位是视觉的关键组成部分，它主要是针对目标的运动图像序列进行分析处理，来确定运动目标在每帧图像中的位置，从而实现运动目标运动轨迹的重建。
轮廓匹配跟踪，特征匹配跟踪和基于区域匹配跟踪是比较常见的运动目标和跟踪方法。
在单目图像定位中由于所采用的运动目标的位置是一个二维坐标表示的，因此所要解决的一个首要的问题是如何通过图像序列将目标在二维坐标系下的位置转换到摄像机坐标系下的三维坐标。
而本次论文主要是通过相似三角形的原理来实现上述转换的。
4.2匹配算法本次主要用的是基于特征的跟踪。
基于特征的跟踪算法的基本思想是指根据某个或某些目标特征，利用某种匹配算法在图像序列中寻找目标对象，从而实现基于最优特征匹配的运动目标跟踪。
这类算法通常包括特征提取和特征匹配的两个主要步骤。
首先从图像中找到显著的特征，例如角点，边界，质心等，然后根据某些特征匹配法则在下一帧图像中寻找与特征相似的目标，从而确定视频序列中目标的位置。
通过编写MATLAB程序来识别图像中的圆，矩形，正方形，下面就是在MALTAB中所采用的识别程序。
% Shapes Classifier% Step 1: Read image Read in% Step 2: Convert image from rgb to gray% Step 3: Threshold the image% Step 4: Invert the Binary Image% Step 5: Find the boundaries Concentrate% Step 6: Determine Shapes properties% Step 7: Classify Shapes according to properties% Square = 3% Rectangular = 2% Circle = 1% UNKNOWN = 0%------------------------------------------------------------------------ function W = Classify(ImageFile)% Step 1: Read image Read inRGB = imread(ImageFile);figure,imshow(RGB),title('Original Image');% Step 2: Convert image from rgb to grayGRAY = rgb2gray(RGB);figure,imshow(GRAY),title('Gray Image');% Step 3: Threshold the image Convert the image to black and white in order % to prepare for boundary tracing using bwboundaries.threshold = graythresh(GRAY);BW = im2bw(GRAY, threshold);figure,imshow(BW),title('Binary Image');% Step 4: Invert the Binary ImageBW = ~ BW;figure,imshow(BW),title('Inverted Binary Image');% Step 5: Find the boundaries Concentrate only on the exterior boundaries. % Option 'noholes' will accelerate the processing by preventing% bwboundaries from searching for inner contours.[B,L] = bwboundaries(BW, 'noholes');% Step 6: Determine objects propertiesSTATS = regionprops(L, 'all'); % we need 'BoundingBox' and 'Extent'% Step 7: Classify Shapes according to properties% Square = 3 = (1 + 2) = (X=Y + Extent = 1)% Rectangular = 2 = (0 + 2) = (only Extent = 1)% Circle = 1 = (1 + 0) = (X=Y , Extent < 1)% UNKNOWN = 0figure,imshow(RGB),title('Results');hold onfor i = 1 : length(STATS)W(i) = uint8(abs(STATS(i).BoundingBox(3)-STATS(i).BoundingBox(4)) < 0.1); W(i) = W(i) + 2 * uint8((STATS(i).Extent - 1) == 0 );centroid = STATS(i).Centroid;switch W(i)case 1plot(centroid(1),centroid(2),'wO'); case 2plot(centroid(1),centroid(2),'wX'); case 3plot(centroid(1),centroid(2),'wS'); endendReturn该程序识别的情况如下图所示：图1 原始图像图2 灰度图像图3二进制图像图4最终识别的图像5.总结本文的设计是基于单摄像头的运动目标跟踪定位，也就是说通过单摄像头来准确定位图片中的三角形，圆形和矩形等元素。