機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制 課件 第9、10章 機(jī)器人液壓與氣壓傳動(dòng)控制、機(jī)器視覺

第9章機(jī)器人液壓與氣壓傳動(dòng)控制9.1液壓傳動(dòng)概述9.2典型的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)9.3氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)9.4氣動(dòng)基本回路和氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例9.5本章小結(jié)

傳動(dòng)的類型有很多，按照傳動(dòng)所采用的機(jī)件或工作介質(zhì)的不同，傳動(dòng)可分為：

(1)機(jī)械傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)是通過齒輪、齒條、皮帶、鏈條等機(jī)件傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制的一種傳動(dòng)方式。它是最早的、應(yīng)用最為普遍的傳動(dòng)方式。

(2)電力傳動(dòng)。電力傳動(dòng)是一種利用電力設(shè)備，通過調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。

(3)氣壓傳動(dòng)。氣壓傳動(dòng)是一種以壓縮空氣為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的傳動(dòng)方式。

(4)液體傳動(dòng)。液體傳動(dòng)是一種以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的傳動(dòng)方式。

9.1液壓傳動(dòng)概述

9.1.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，并以壓力能進(jìn)行動(dòng)力(或能量)傳遞、轉(zhuǎn)換與控制的液體傳動(dòng)。現(xiàn)以圖9-1所示的液壓千斤頂為例，說明液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理。為實(shí)現(xiàn)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作介質(zhì)———液壓油應(yīng)具有兩個(gè)重要的性質(zhì)；其一，液壓油幾乎是不可壓縮的；其二，液壓油具有力的放大作用。圖9-1液壓千斤頂工作原理圖

1.力的傳遞

在圖9-1中，假設(shè)小油缸2的活塞面積為A1，驅(qū)動(dòng)力為F1，液體壓力為p1，大油缸12的活塞面積為A2，負(fù)載力為G，液體壓力為p2。

穩(wěn)態(tài)時(shí)，小油缸2的活塞和大油缸12的活塞靜壓力平衡方程式分別為

若不考慮管道的壓力損失，則p1=p2=p，液壓泵的排油壓力又稱為系統(tǒng)壓力。

為了克服負(fù)載力而使液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)，作用在液壓泵活塞上的驅(qū)動(dòng)力F1

應(yīng)該為

由式(9-1)可知，負(fù)載力G

越大，系統(tǒng)中的壓力p

也就越大，所需的驅(qū)動(dòng)力F1

也就越大，即系統(tǒng)壓力與外負(fù)載密切相關(guān)。

由此得出液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理的第一種重要特征：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中工作壓力取決于外負(fù)載。

2.運(yùn)動(dòng)的傳遞

如果不考慮液體的可壓縮性、漏損等其他損失，小油缸2排出的液體體積必然等于進(jìn)入大油缸12的液體體積。設(shè)小油缸12活塞的位移為S1，大油缸活塞的位移為S2，則有

式(9-2)兩邊同除以運(yùn)動(dòng)時(shí)間t得

式中，v1、v2

分別為小油缸活塞和大油缸活塞的平均運(yùn)動(dòng)速度，單位為m/s；q1、q2

分別為小油缸輸出的平均流量和輸入大油缸的平均流量，單位為

m3/s或L/min。

液壓傳動(dòng)是靠密封工作容積變化相等的原則實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞的。調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度，由此得出液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理的第二個(gè)重要特征：活塞的運(yùn)動(dòng)速度只取決于輸入流量的大小，而與外負(fù)載無關(guān)。

從上面討論還可以看出，與外負(fù)載力相對(duì)應(yīng)的流體參數(shù)是流體壓力，與運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)應(yīng)的流體參數(shù)是流體流量。因此壓力和流量是液壓傳動(dòng)中兩個(gè)最基本的參數(shù)。

通過分析可知，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

(1)液壓傳動(dòng)的液體為傳遞能量的工作介質(zhì)；

(2)液壓傳動(dòng)必須在密閉的系統(tǒng)(或容器)中進(jìn)行，且密封的容積必須發(fā)生變化；

(3)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，而且液壓傳動(dòng)過程中有兩次能量轉(zhuǎn)換；

(4)工作液體只能承受壓力而不能承受其他應(yīng)力，所以液壓傳動(dòng)是通過靜壓力進(jìn)行能量傳遞的。

9.1.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

下面以圖9-2所示的機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)為例，說明液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和各種元件在系統(tǒng)中的作用。圖9-2機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

從機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作過程可以看出，一個(gè)完整的、能夠正常工作的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該由以下幾個(gè)主要部分組成：

(1)動(dòng)力元件。

(2)執(zhí)行元件。

(3)控制調(diào)節(jié)元件。

(4)輔助元件。

(5)工作介質(zhì)。

9.1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的圖形符號(hào)

圖9-1、圖9-2所示的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的原理圖，其直觀性強(qiáng)、容易理解，但難于繪制。

圖9-3所示即為用圖形符號(hào)表示的機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖。圖9-3用圖形符號(hào)表示的機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)的工作原理圖

9.1.4液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)

1.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

(1)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種元件可根據(jù)需要進(jìn)行方便、靈活的布置。

(2)單位功率的重量輕、體積小、傳動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度快。

(3)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)比較簡單，操縱方便、省力，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)調(diào)速(調(diào)速比可達(dá)2000)。當(dāng)機(jī)、電、液配合使用時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作循環(huán)。

(4)能比較方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)過載保護(hù)。

(5)一般采用礦物油為工作介質(zhì)，完成相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的潤滑，延長零部件的使用壽命。

(6)很容易實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

(7)當(dāng)采用電、液聯(lián)合控制后，可實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制和遙控。

(8)液壓元件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，因此液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。

2.液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

(1)由于液體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，因此液壓傳動(dòng)的效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏的液體不僅污染場地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。

(2)工作性能易受溫度變化的影響，因此液壓傳動(dòng)系統(tǒng)不宜在很高的溫度或者很低的溫度條件下工作。

(3)液壓元件的制造精度要求很高，因而液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的價(jià)格較高。

(4)由于液體介質(zhì)的泄漏及可壓縮性的影響，因此不能得到嚴(yán)格的定比傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)出故障時(shí)不易找出原因，使用和維修要求具有較高的技術(shù)水平。

(5)在高壓、高速、大流量的環(huán)境下，液壓元件和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲較大。

9.1.5液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

液壓傳動(dòng)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)代機(jī)械工程、機(jī)電一體化技術(shù)中的基本構(gòu)成技術(shù)和現(xiàn)代控制工程中的基本技術(shù)，在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。表9-1和圖9-4列舉了液壓傳動(dòng)技在機(jī)械工程設(shè)備中的一些應(yīng)用。圖9-4液壓傳動(dòng)的應(yīng)用示例

9.2典型的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

為了使液壓傳動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)循環(huán)或工作，將實(shí)現(xiàn)各種不同運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件及其液壓回路拼集、匯合起來，用液壓泵組集中供油，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就構(gòu)成了設(shè)備的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，簡稱液壓系統(tǒng)。

分析一個(gè)比較復(fù)雜的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可以從以下幾步進(jìn)行：

(1)了解設(shè)備的工況對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，尤其是了解工作循環(huán)中的各個(gè)工況對(duì)力、速度和方向這三方面的要求。

(2)以執(zhí)行元件為中心，將系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，弄清各個(gè)子系統(tǒng)所包含的各類元件。

(3)根據(jù)執(zhí)行元件的動(dòng)作要求對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析，了解執(zhí)行元件與相應(yīng)的閥和泵之間的關(guān)系，并弄清楚每個(gè)子系統(tǒng)由哪些基本回路組成。

(4)根據(jù)設(shè)備對(duì)各執(zhí)行元件間互鎖、同步、順序動(dòng)作和防干擾等要求，分析各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

(5)歸納、總結(jié)整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)。

9.2.1YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

組合機(jī)床一般為多刀加工，切削負(fù)荷變化大，快慢速度差異大，故其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：切削時(shí)速度低而平穩(wěn)；空行程進(jìn)退速度快；快慢速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)；系統(tǒng)效率高，發(fā)熱少，功率利用合理。

1.YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

下面以YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑動(dòng)臺(tái)為例，分析液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)。圖9-5所示為YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖，其進(jìn)給速度范圍為6.6~600mm/min，最大進(jìn)給力為45kN，它完成的工作循環(huán)如下：快進(jìn)→第一次工作進(jìn)給→第二次工作進(jìn)給→止位釘停留→快退→原位停止。電磁鐵和行程閥的動(dòng)作順序見表9-2。圖9-5YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖

1)快進(jìn)

當(dāng)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，由于負(fù)載小、壓力低，因此液控順序閥6關(guān)閉，液壓缸左右腔形成差動(dòng)連接，變量泵1輸出最大流量，滑臺(tái)快進(jìn)。

按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵1YA通電，電磁換向閥4左位接入系統(tǒng)，液動(dòng)換向閥3在控制壓力油作用下也將左位接入系統(tǒng)工作，其油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

2)第一次工作進(jìn)給

滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)由調(diào)速閥8調(diào)速的第一次工作進(jìn)給，其主油路如下。

進(jìn)油路：變量泵1→單向閥2→液動(dòng)換向閥3(左)→調(diào)速閥8→電磁換向閥10(右)→缸左腔。

回油路：缸右腔→液動(dòng)換向閥3(左)→液控順序閥6→背壓閥5→油箱。

3)第二次工作進(jìn)給

由于調(diào)速閥9的通流面積比調(diào)速閥8的通流面積小，因而滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)由調(diào)速閥9調(diào)速的第二次工作進(jìn)給，其主油路的進(jìn)油路如下。

進(jìn)油路：變量泵1→單向閥2→液動(dòng)換向閥3(左)→調(diào)速閥8→調(diào)速閥9→缸左腔。

4)止位釘停留

滑臺(tái)完成第二次工作進(jìn)給后，液壓缸碰到滑臺(tái)座前端的止位釘(可調(diào)節(jié)滑臺(tái)行程的螺釘)后停止運(yùn)動(dòng)。這時(shí)液壓缸左腔壓力升高，當(dāng)壓力升高到壓力繼電器12的開啟壓力時(shí)，壓力繼電器動(dòng)作，向時(shí)間繼電器發(fā)出電信號(hào)，由時(shí)間繼電器控制滑臺(tái)停留時(shí)間。這時(shí)的油路同第二次工作進(jìn)給的油路，但實(shí)際上系統(tǒng)內(nèi)油液已停止流動(dòng)，液壓泵的流量已減至很小，僅用于補(bǔ)充泄漏油。

5)快退

滑臺(tái)停留時(shí)間結(jié)束時(shí)，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵2YA通電，電磁鐵1YA、3YA斷電。這時(shí)電磁換向閥4右位接入系統(tǒng)，液動(dòng)換向閥3也換為右位工作，主油路換向。因滑臺(tái)返回時(shí)為空載，系統(tǒng)壓力低，變量泵1的流量自動(dòng)增至最大，因此動(dòng)力滑臺(tái)快速退回，其油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

6)原位停止

當(dāng)滑臺(tái)快速退回到其原始位置時(shí)，擋塊壓下終點(diǎn)開關(guān)，使電磁鐵2YA斷電，電磁換向閥4恢復(fù)中位，液動(dòng)換向閥3也恢復(fù)中位，液壓缸兩腔油路被封閉，液壓缸失去動(dòng)力，滑臺(tái)被鎖緊在起始位置上而停止運(yùn)動(dòng)。這時(shí)液壓泵則經(jīng)單向閥2及液動(dòng)換向閥3的中位卸荷，其油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

2.YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

動(dòng)力滑臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是能完成較復(fù)雜工作循環(huán)的典型的單缸中壓系統(tǒng)，其有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

(1)采用容積節(jié)流調(diào)速回路。

(2)采用液動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)的換向回路。

(3)采用液壓缸差動(dòng)連接的快速回路。

(4)采用行程控制的速度轉(zhuǎn)換回路。

(5)采用壓力繼電器控制動(dòng)作順序。

9.2.2YB32-200型四柱萬能液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

液壓機(jī)是在鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金、成形、打包等加工工藝中廣泛應(yīng)用的壓力加工機(jī)械設(shè)備，是最早應(yīng)用液壓傳動(dòng)技術(shù)的機(jī)械之一。YB32-200型四柱萬能液壓機(jī)主缸的最大壓制力為2000kN，其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的最高工作壓力為32MPa?，F(xiàn)以YB32-200型四柱萬能液壓機(jī)為例，分析其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)。該液壓機(jī)有上、下兩個(gè)液壓缸，安裝在四個(gè)立柱之間。上液壓缸為主缸，驅(qū)動(dòng)上滑塊實(shí)現(xiàn)“快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→泄壓換向→快速退回→原位停止”的工作循環(huán)。下液壓缸為頂出缸，驅(qū)動(dòng)下滑塊實(shí)現(xiàn)“向上頂出→停留→向下退回→原位停止”的工作循環(huán)。

圖9-6所示為YB32-200型四柱萬能液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖。該液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由主缸、頂出缸(軸向柱塞式)、變量泵、安全閥、遠(yuǎn)程調(diào)壓閥、溢流閥、電磁換向閥、液動(dòng)換向閥、順序閥、預(yù)泄換向閥、電液換向閥、壓力繼電器、單向閥、液控?fù)Q向閥等元件組成。該系統(tǒng)采用變量泵與液壓缸式容積調(diào)速回路，工作壓力范圍為10~32MPa，其主油路的最高工作壓力由安全閥2限定，實(shí)際工作壓力可由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3調(diào)整，控制油路的壓力由溢流閥4調(diào)整，液壓泵的卸荷壓力可由順序閥7調(diào)整。電磁鐵的動(dòng)作順序見表9-3。圖9-6YB32-200型四柱萬能液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖

1.主缸運(yùn)動(dòng)

1)快速下行。

(1)控制油路。

(2)主油路。

2)慢速加壓

當(dāng)主缸的上滑塊接觸到被壓制的工件時(shí)，主缸上腔壓力升高，液控單向閥12關(guān)閉，且液壓泵流量自動(dòng)減小，滑塊下移速度降低，慢速壓制工件。這時(shí)除充液箱不再向液壓缸上腔供油外，其余油路與快速下行的油路完全相同。

3)保壓延時(shí)

保壓延時(shí)的油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

4)泄壓換向

泄壓換向的油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

5)快速退回

快速退回的油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

6)原位停止

當(dāng)上滑塊返回至原始位置，壓下行程開關(guān)S1時(shí)，使電磁鐵2YA斷電，電磁換向閥5和液動(dòng)換向閥6均換為中位(預(yù)泄換向閥8復(fù)位)，主缸上、下腔封閉，上滑塊停止運(yùn)動(dòng)。安全閥13為上缸安全閥，起平衡上滑塊重量作用，可防止與上滑塊相連的運(yùn)動(dòng)部件在上位時(shí)因自重而下滑。

2.頂出缸運(yùn)動(dòng)

1)向上頂出

當(dāng)主缸返回原位，壓下行程開關(guān)S1時(shí)，除使電磁鐵2YA斷電，主缸原位停止外，還使電磁鐵4YA通電，電液換向閥14換為右位。壓力油經(jīng)電液換向閥14進(jìn)入頂出缸下腔，其上腔回油，下滑塊上移，將壓制好的工件從模具中頂出。這時(shí)系統(tǒng)的最高工作壓力可由溢流閥15調(diào)整。

2)停留

當(dāng)下滑塊上移到其活塞碰到缸蓋時(shí)，便可停留在這個(gè)位置上。同時(shí)碰到上位開關(guān)

S2，使時(shí)間繼電器動(dòng)作，延時(shí)停留。停留時(shí)間可由時(shí)間繼電器調(diào)整。這時(shí)的油路未變。

3)向下退回

當(dāng)停留結(jié)束時(shí)，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵3YA通電(電磁鐵4YA斷電)，電液換向閥14換為左位。壓力油進(jìn)入頂出缸上腔，其下腔回油，下滑塊下移。

4)原位停止

當(dāng)下滑塊退至原位時(shí)，擋塊壓下下位開關(guān)S3，使電磁鐵3YA斷電，電液換向閥14換為中位，運(yùn)動(dòng)停止。

3.浮動(dòng)壓邊

1)上位停留

先使電磁鐵4YA通電，電液換向閥14換為右位，頂出缸下滑塊上升至頂出位置，由行程開關(guān)或按鈕發(fā)出信號(hào)以使4YA再斷電，電液換向閥14換為中位，使下滑塊停在頂出位置上。這時(shí)頂出缸下腔封閉，上腔通油箱。

2)浮動(dòng)壓邊

浮動(dòng)壓邊時(shí)主缸上腔進(jìn)壓力油(主缸油路同慢速加壓油路)，主缸下腔油進(jìn)入頂出缸上腔，頂出缸下腔油可經(jīng)溢流閥15流回油箱。

YB32-200型四柱萬能液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)采用了變量泵

液壓缸式容積調(diào)速回路。

(2)兩液壓缸均使用液動(dòng)換向閥換向。

(3)采用兩主換向閥中位串聯(lián)的互鎖回路。

(4)液壓機(jī)是大功率立式設(shè)備，壓制工件時(shí)需要很大的力，因而主缸直徑大，上滑塊快速下行時(shí)需要很大的流量，但頂出缸工作時(shí)卻不需要很大的流量。

(5)在保壓延時(shí)階段時(shí)，由多個(gè)單向閥、液控單向閥組成主缸保壓回路。

(6)系統(tǒng)中采用了預(yù)泄換向閥，使主缸上腔泄壓后才能換向。

9.3氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

9.3.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖9-7(a)所示為氣動(dòng)剪切機(jī)的工作原理簡圖(圖示位置為工料被剪前的情況)。圖9-7(b)所示為該系統(tǒng)的圖形符號(hào)。圖9-7氣動(dòng)剪切機(jī)的工作原理圖

9.3.2氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

1.氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下5個(gè)部分組成。

(1)氣源裝置。

(2)氣動(dòng)執(zhí)行元件。

(3)氣動(dòng)控制元件。

(4)氣動(dòng)輔助元件。

(5)工作介質(zhì)。

由以上五部分組成的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)是為了驅(qū)動(dòng)用于各種不同目的的機(jī)械裝置，其最重要的三個(gè)控制內(nèi)容是壓力大小、運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度。

2.氣動(dòng)元件的基本類型

表9-4中列出了氣動(dòng)元件的基本類型。

9.3.3氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)

常用的各種傳動(dòng)和控制方式包括氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、電子傳動(dòng)等。在自動(dòng)化、省力化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)各種方式進(jìn)行比較，選擇最合適的方式或組合進(jìn)行運(yùn)用，以做到更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更安全和更簡單。表9-5列出了氣壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)方式的比較。

1.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)空氣來源方便，用后直接排出，無污染。

(2)空氣黏度小，氣體在傳輸中摩擦力較小，故可以集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。

(3)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好。特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中工作時(shí)，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性優(yōu)于液壓傳動(dòng)、電子傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的。

(4)氣動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、調(diào)節(jié)方便，可利用氣壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

(5)氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡單、成本低且壽命長，易于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。

2.氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)如下：

(1)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性較差。因空氣的可壓縮性較大，其工作速度受外負(fù)載變化影響大。

(2)工作壓力較低(0.3~1MPa)，輸出力或轉(zhuǎn)矩較小。

(3)空氣凈化處理較復(fù)雜。氣源中的雜質(zhì)及水蒸氣必須凈化處理。

(4)因空氣黏度小，潤滑性差，需設(shè)置單獨(dú)的潤滑裝置。

(5)有較大的排氣噪聲。

9.4氣動(dòng)基本回路和氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例

9.4.1換向控制回路氣動(dòng)執(zhí)行元件的換向主要是利用方向控制閥來實(shí)現(xiàn)的。方向控制閥按照通路數(shù)可分為二通閥、三通閥、四通閥、五通閥等，利用這些方向控制閥可以構(gòu)成單作用執(zhí)行元件和雙作用執(zhí)行元件的各種換向控制回路，如單作用氣缸換向回路和雙作用氣缸換向回路。

1.單作用氣缸換向回路

圖9-8(a)所示為二位三通電磁閥控制的單作用氣缸換向回路。電磁鐵通電時(shí)，氣缸桿向上；反之，氣缸桿向下。

圖9-8(b)所示為三位四通電磁閥控制的單作用氣缸換向回路，其可以控制氣缸上、下、停止。三位四通電磁閥在兩電磁鐵都斷電時(shí)自動(dòng)對(duì)中，能使氣缸停止在任何位置，但定位精度不高，并且定位時(shí)間不長。圖9-8單作用氣缸換向回路

2.雙作用氣缸換向回路

圖9-9所示為不同的雙作用氣缸換向回路，在實(shí)際中，可以根據(jù)執(zhí)行元件的動(dòng)作與操作方式等，對(duì)這些回路進(jìn)行靈

活選用和組合。圖9-9(a)、(b)所示為簡單換向回路。

圖9-9(c)所示為雙穩(wěn)換向回路，雙穩(wěn)換向回路具有“記憶”功能。當(dāng)有置位(或復(fù)位)信號(hào)作用后，系統(tǒng)輸出某一工作狀態(tài)。在該信號(hào)取消后，其他復(fù)位(或置位)信號(hào)作用前，原輸出狀態(tài)一直保持不變。圖9-9-雙作用氣缸換向回路

9.4.2壓力控制回路

1.一次壓力控制回路

一次壓力控制是指把空氣壓縮機(jī)的輸出壓力控制在一定值以下。一般情況下，空氣壓縮機(jī)的輸出壓力為0.8MPa左右，并在壓力控制回路中設(shè)置儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐上裝有壓力表、安全閥等。

安全閥的調(diào)定值要適當(dāng)，若調(diào)得過高，則系統(tǒng)不夠安全，壓力損失和泄漏也要增加；若調(diào)得過低，則會(huì)使安全閥頻繁開啟溢流而消耗能量。一般可根據(jù)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力范圍，將安全閥的調(diào)定值調(diào)整在0.7MPa左右。安全閥用于控制空氣壓縮站的儲(chǔ)氣罐，使其壓力不超過規(guī)定壓力。一次壓力控制回路如圖9-10所示。圖9-10一次壓力控制回路

2.二次壓力控制回路

二次壓力控制回路是指利用每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備的氣源進(jìn)口處的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的回路。二次壓力控制是指把空氣壓縮機(jī)輸送出來的壓縮空氣，經(jīng)一次壓力控制后作為減壓閥的輸入壓力p1(稱為供氣壓力)，再經(jīng)減壓閥減壓穩(wěn)壓后所得到的輸出壓力p2(稱為二次壓力)作為氣動(dòng)控制系統(tǒng)的工作氣壓使用。可見，氣源的供氣壓力p1

應(yīng)高于二次壓力p2所必需的調(diào)定值。在選用圖9-11所示的二次壓力控制回路時(shí)，可以用三個(gè)分離元件(即空氣過濾器1、減壓閥2和油霧器3)組合而成，也可以采用氣動(dòng)三聯(lián)件的組合件。

在組合時(shí)，三個(gè)元件的相對(duì)位置不能改變。由于空氣過濾器的過濾精度較高，因此，在它的前面還要加一級(jí)粗過濾裝置。若控制系統(tǒng)不需要加油霧器，則可省去油霧器或在油霧器之前用三通接頭引出支路即可。圖9-11二次壓力控制回路

3.高、低壓力選擇回路

圖9-12所示為利用減壓閥控制高、低壓力輸出的回路。圖9-12高、低壓力選擇回路

4.壓力控制順序回路

圖9-13所示為壓力控制順序回路。圖9-13壓力控制順序回路

5.過載保護(hù)回路

在如圖9-14所示的過載保護(hù)回路中，按下機(jī)械控制控向閥1，當(dāng)工作缸伸出時(shí)，若遇到障礙物，使氣缸過載，則無桿腔壓力升高，打開順序閥4，使二位三通手控?fù)Q向閥2換向，二位四通氣控?fù)Q向閥3復(fù)位，從而使活塞桿立即縮回。圖9-14過載保護(hù)回路

9.4.3速度控制回路

1.單作用氣缸速度控制回路

單作用氣缸速度控制回路中常用節(jié)流閥、快排氣閥等進(jìn)行調(diào)速。

(1)節(jié)流閥調(diào)速。升降均通過節(jié)流閥調(diào)速如圖9-15(a)所示，通過調(diào)節(jié)各單向節(jié)流閥的開度大小，可以調(diào)節(jié)氣體流量，從而可以分別控制活塞桿伸出和退回的運(yùn)動(dòng)速度。該回路的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和速度剛度都較差，易受外負(fù)載變化的影響，用于對(duì)速度穩(wěn)定性要求不高的場合。

(2)快排氣閥調(diào)速。圖9-15(b)所示為氣缸的活塞桿上升時(shí)可以利用節(jié)流閥調(diào)速，活塞桿下降時(shí)利用快排氣閥排氣，從而實(shí)現(xiàn)快速退回。圖9-15單作用氣缸速度控制回路

2.雙作用氣缸速度控制回路

在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，采用排氣節(jié)流調(diào)速的方法控制氣缸運(yùn)動(dòng)的速度，活塞的運(yùn)動(dòng)速度比較平穩(wěn)，振動(dòng)小，比進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速效果要好。

圖9-16(a)、(b)所示的雙作用氣缸速度控制回路在原理上沒有什么區(qū)別，只是圖9-16(a)所示的是換向閥前節(jié)流控制回路，采用單向節(jié)流閥；圖9-16(b)所示的為換向閥后節(jié)流控制回路，采用排氣節(jié)流閥。這兩種速度控制回路的調(diào)速效果基本相同，都屬于排氣節(jié)流調(diào)速。從成本上考慮，圖9-16(b)所示的回路要經(jīng)濟(jì)一些。圖9-16雙作用氣缸速度控制回路

3.快速往復(fù)動(dòng)作回路

快速往復(fù)動(dòng)作回路如圖9-17所示。該回路通過兩個(gè)快速排氣閥控制氣缸伸縮的速度。若想實(shí)現(xiàn)氣缸單向快速運(yùn)動(dòng)，則可去掉圖中的一個(gè)快速排氣閥。圖9-17快速往復(fù)動(dòng)作回路

4.速度換接回路

速度換接回路如圖9-18所示。該回路主要由兩個(gè)二位二通閥和單向節(jié)流閥并聯(lián)組成。當(dāng)擋塊壓下行程開關(guān)時(shí)，該系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，使二位二通閥換向，改變排氣通路，從而改變氣缸速度。行程開關(guān)的位置可根據(jù)需要而定。圖9-18速度換接回路

5.緩沖回路

在圖9-19所示的緩沖回路中，當(dāng)活塞行至行程末端時(shí)，其左腔壓力已經(jīng)打不開順序閥2，余氣只能經(jīng)節(jié)流閥1排出，因此活塞得到緩沖。此回路適用于氣缸行程末端要求獲得緩沖的場合，如行程長、速度快、慣性大的場合。圖9-19緩沖回路

9.4.4氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例

1.拉門自動(dòng)啟閉氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)

拉門自動(dòng)啟閉裝置通過連桿機(jī)構(gòu)將氣缸活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成拉門的啟閉運(yùn)動(dòng)，利用超低壓氣動(dòng)換向閥檢測行人的踏板動(dòng)作，其氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)如圖9-20所示。圖9-20拉門自動(dòng)啟閉氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)

2.氣動(dòng)機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)械手是自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線上的重要裝置之一，它可以根據(jù)各種自動(dòng)化設(shè)備的工作需要，模擬人手的部分動(dòng)作，按著預(yù)定的控制程序、軌跡和工藝要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)，完成工件的上料、卸料和自動(dòng)換刀。因此，它在機(jī)械加工、沖壓、鍛造、鑄造、裝配和熱處理等生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。氣動(dòng)機(jī)械手是機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠，節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

圖9-21所示為氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9-21氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖

圖9-22所示為一種通用機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。圖9-22通用機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)

該機(jī)械手電磁鐵動(dòng)作順序表見表9-6。對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手工作循環(huán)的分析如下。

(1)按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵4YA通電，三位四通雙電控?fù)Q向閥7處于上位，壓縮空氣進(jìn)入垂直的立柱升降缸C下腔，活塞桿上升。

(2)當(dāng)垂直位置的立柱升降缸C活塞桿上的擋塊碰到電氣行程開關(guān)c1時(shí)，電磁鐵4YA斷電，電磁鐵5YA通電，三位四通雙電控?fù)Q向閥2處于左位，水平位置的長臂伸縮缸B活塞桿(手臂)伸出，帶動(dòng)真空吸頭進(jìn)入工作點(diǎn)吸取工件。

(3)當(dāng)水平位置的長臂伸縮缸B活塞桿上的擋塊碰到電氣行程開關(guān)

b1

時(shí)，電磁鐵5YA斷電，電磁鐵1YA通電，三位四通雙電控?fù)Q向閥1處于左位，立柱回轉(zhuǎn)缸D(立柱)按

順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，使真空吸頭進(jìn)入卸料點(diǎn)卸料。

(4)當(dāng)立柱回轉(zhuǎn)缸D活塞桿上的擋塊壓下電氣行程開關(guān)d1時(shí)，電磁鐵1YA斷電，電磁鐵2YA通電，三位四通雙電控?fù)Q向閥1處于右位，立柱回轉(zhuǎn)缸D復(fù)位。主柱回轉(zhuǎn)缸D(立柱)復(fù)位時(shí)，它上面的擋塊碰到電氣行程開關(guān)d0，電磁鐵6YA通電，電磁鐵2YA斷電，三位四通雙電控?fù)Q向閥2處于右位，水平位置的長臂伸縮缸B活塞桿(手臂)縮回。

(5)水平位置的長臂伸縮缸B活塞桿(手臂)縮回時(shí)，擋塊碰到電氣行程開關(guān)b0，電磁鐵6YA斷電，電磁鐵3YA通電，三位四通雙電控?fù)Q向閥7處于下位，垂直位置的立柱升降缸C活塞桿(立柱)下降，達(dá)到原位時(shí)，碰到電氣行程開關(guān)c0，使電磁鐵3YA斷電，此時(shí)完成一個(gè)工作循環(huán)。重新加載啟動(dòng)信號(hào)，可進(jìn)行重復(fù)的工作循環(huán)。

9.5本

章

小

結(jié)

液壓傳動(dòng)是一種以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的傳動(dòng)方式。根據(jù)其能量傳遞形式不同，液體傳動(dòng)又分為液力傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。氣壓傳動(dòng)技術(shù)是一種以壓縮空氣為動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)和控制各種機(jī)械設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化和自動(dòng)化的技術(shù)。隨著工業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化的發(fā)展，氣壓傳動(dòng)技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本章節(jié)主要內(nèi)容包括液壓傳動(dòng)概述、典型的液壓系統(tǒng)、氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)、氣動(dòng)基本回路和氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例。本章內(nèi)容以液壓傳動(dòng)為主，氣動(dòng)傳動(dòng)為輔，注重內(nèi)容的實(shí)用性與針對(duì)性。第10章機(jī)器視覺10.1機(jī)器視覺概述10.2機(jī)器視覺算法與圖像處理10.33D視覺技術(shù)10.4本章小結(jié)

10.1機(jī)器視覺概述

機(jī)器視覺是指用機(jī)器代替人眼進(jìn)行目標(biāo)對(duì)象的測量、識(shí)別、判定，主要研究用計(jì)算機(jī)模擬人的視覺功能。機(jī)器視覺系統(tǒng)主要由視覺感知單元、圖像信息處理單元、結(jié)果顯示單元以及視覺系統(tǒng)控制單元組成。機(jī)器視覺技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，涉及視覺傳感器技術(shù)、光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等。

1.機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

人類感知外部世界主要通過視覺、觸覺、聽覺和嗅覺等感覺器官，其中約80%的信息是通過視覺器官獲取的。視覺器官感知環(huán)境信息的效率很高，它不僅指對(duì)光信號(hào)的感受，還包括對(duì)視覺信息的獲取、傳輸、處理、存儲(chǔ)與理解的全過程。對(duì)人類而言，視覺信息傳入大腦之后，由大腦根據(jù)已有的知識(shí)進(jìn)行信息處理，進(jìn)而判定和識(shí)別。機(jī)器視覺系統(tǒng)就是通過相機(jī)和計(jì)算機(jī)來對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行測量、識(shí)別和判定的。

機(jī)器視覺技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺理論在具體問題中的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，DavidMarr提出了視覺計(jì)算理論，該理論從信息處理的角度系統(tǒng)概括了當(dāng)時(shí)解剖學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、神經(jīng)學(xué)等方面已取得的成果，明確規(guī)定了視覺研究體系。

20世紀(jì)80年代以來，機(jī)器視覺一直是非?；钴S的研究領(lǐng)域，并經(jīng)歷了從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的發(fā)展階段，從簡單的二值圖像處理到高分辨率、多灰度的圖像處理以至于彩色圖像處理，從一般的二維信息處理到三維視覺模型和算法的研究都取得了很大進(jìn)展。

目前，發(fā)展最快、使用最多的機(jī)器視覺技術(shù)主要集中在歐洲各國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。發(fā)達(dá)國家在針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際情況開發(fā)機(jī)器視覺硬件產(chǎn)品的同時(shí)，對(duì)軟件產(chǎn)品的研究也投入了大量的人力和財(cái)力。

在國內(nèi)，由于半導(dǎo)體及電子行業(yè)屬于新興領(lǐng)域，機(jī)器視覺產(chǎn)品普及還不夠深入，導(dǎo)致機(jī)器視覺技術(shù)在相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用十分有限。值得一提的是，借助于國際電子、半導(dǎo)體制造業(yè)向我國珠三角、長三角等地區(qū)的延伸和轉(zhuǎn)移，這些地區(qū)已成為機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用最前沿和最優(yōu)質(zhì)的集聚地。

國內(nèi)在機(jī)器視覺產(chǎn)品(包括視覺軟件、相機(jī)系統(tǒng)、光源等)研發(fā)方面雖然取得了一些成果，但與國外先進(jìn)的機(jī)器視覺產(chǎn)品相比，還有較大的差距。目前，國內(nèi)在機(jī)器視覺產(chǎn)品研發(fā)方面主要存在技術(shù)水平較低、應(yīng)用面窄、開發(fā)成本高、效率低等問題，基本處于軟硬件定制的專用視覺系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用階段；在機(jī)器視覺算法研究方面，我國仍采用經(jīng)典的數(shù)字圖像處理算法和通用軟件編程開發(fā)，組態(tài)集成開發(fā)能力弱；在產(chǎn)品方面，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器視覺技術(shù)與系統(tǒng)產(chǎn)品較少，不利于批量生產(chǎn)和廣泛推廣。

2.機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用主要包括如下幾個(gè)方面。

1)在工業(yè)檢測中的應(yīng)用

工業(yè)檢測是指在工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用一定的測試技術(shù)和手段對(duì)生產(chǎn)環(huán)境、工況、產(chǎn)品等進(jìn)行測試和檢驗(yàn)，其檢測結(jié)果是對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的重要指標(biāo)，直接影響著生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn)中，視覺檢測往往是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

人工檢測的弊端很多，主要體現(xiàn)在以下6個(gè)方面。

(1)人工檢測勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。

(2)人工檢測沒有嚴(yán)格統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，直接影響產(chǎn)品的檢驗(yàn)一致性。

(3)在一些高速的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，人工檢測無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)全檢，只能對(duì)部分產(chǎn)品進(jìn)行抽檢。

(4)在高精度檢測要求下，人工檢測很難達(dá)到精度要求，而且檢測成本居高不下。

(5)在某些高溫或有毒生產(chǎn)現(xiàn)場，無法通過人工方式對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢測。

(6)人工檢測的數(shù)據(jù)無法及時(shí)、準(zhǔn)確地納入質(zhì)量管理系統(tǒng)，不利于測控管理系統(tǒng)的集成。

2)在醫(yī)學(xué)圖像診斷中的應(yīng)用

目前，醫(yī)學(xué)圖像已經(jīng)廣泛用于醫(yī)學(xué)診斷，成像方法包括傳統(tǒng)的X射線成像、顯微成像、B超、紅外、層析成像(CT)和核磁共振成像(MRI)等，主要通過人眼對(duì)圖像中的信息進(jìn)行分析和判斷，從而對(duì)病情、病因做出診斷。

機(jī)器視覺技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像診斷方面有兩類應(yīng)用：一是對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)、標(biāo)記、染色等，幫助醫(yī)生診斷疾病，并協(xié)助醫(yī)生對(duì)感興趣的區(qū)域進(jìn)行測量和比較；二是利用專家知識(shí)系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行分析和解釋，給出建議診斷結(jié)果。此外，三維機(jī)器視覺技術(shù)可以分析物體的三維信息與運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

3)在智能交通中的應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)在智能交通中可以完成自動(dòng)導(dǎo)航和交通狀況監(jiān)測等任務(wù)。在自動(dòng)導(dǎo)航中，機(jī)器視覺可以通過雙目立體視覺等檢測方法獲得場景中的路況信息，然后利用這些信息進(jìn)行道路識(shí)別、障礙識(shí)別等。自動(dòng)導(dǎo)航裝置可以將立體圖像和運(yùn)動(dòng)信息組合起來，與周圍環(huán)境進(jìn)行自主交互，這種裝置已用于無人汽車、無人機(jī)和無人戰(zhàn)車等。機(jī)器視覺技術(shù)可以用于交通狀況監(jiān)測，如交通事故現(xiàn)場勘察、車場監(jiān)視、車牌識(shí)別、車輛識(shí)別與“可疑”目標(biāo)跟蹤等。

10.1.1機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成

機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品(圖像采集裝置)獲取圖像，然后將獲取的圖像傳送至處理單元，通過數(shù)字化圖像處理進(jìn)行目標(biāo)尺寸、形狀、顏色等的判別，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果控制現(xiàn)場設(shè)備。一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)涉及多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)交叉與融合，包括光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。

機(jī)器視覺系統(tǒng)主要由硬件與軟件兩部分組成。

1.硬件

典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖10-1所示。圖10-1典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

2.軟件

作為機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要組成部分，機(jī)器視覺軟件主要通過對(duì)圖像的分析和處理來實(shí)現(xiàn)對(duì)待測目標(biāo)特定參數(shù)的檢測和識(shí)別。機(jī)器視覺軟件主要完成圖像增強(qiáng)、圖像分割、特征

抽取、模式識(shí)別、圖像壓縮與傳輸?shù)?，有些還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信功能。機(jī)器視覺系統(tǒng)可以根據(jù)圖像處理結(jié)果和一定的判決條件方便地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)化檢測與管理。

Halcon在實(shí)際應(yīng)用中涉及以下六個(gè)方面。

(1)連通域(指圖像中的具有相似顏色、紋理等特征所組成的一塊連通區(qū)域)分析，這是很多處理中經(jīng)常使用的，主要是確定閾值大小以及選取特征，從而從圖像中分割出感興趣的區(qū)域。

(2)模板匹配，主要是基于在圖像中選取的模板進(jìn)行灰度、輪廓、相關(guān)性等多種方式的全局或者局部匹配定位，從而得到目標(biāo)的位置坐標(biāo)以及角度值。

(3)一維碼、二維碼以及光學(xué)字符識(shí)別(opticalcharacterrecognition，OCR)系列。

(4)機(jī)器人雙目以及多目立體視覺的標(biāo)定、三維重建、三維匹配等系列。

(5)基于Halcon在工業(yè)上的同心、并行處理、錯(cuò)誤處理等。

(6)激光三角測量以及光度立體法。

10.1.2視覺傳感器

視覺傳感器是利用光學(xué)元件和成像設(shè)備獲取外部環(huán)境圖像信息的儀器，其作用是將通過鏡頭聚焦于像平面的光線生成圖像。視覺傳感器包含鏡頭、信號(hào)處理器、通信接口以及

最核心的部分——圖像傳感器。圖像傳感器的主要作用是將光子轉(zhuǎn)換成電子，通常使用的圖像傳感器主要有電荷耦合器件(CCD)傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary

metal-oxidesemiconductor，CMOS)傳感器兩種。兩者的主要區(qū)別是從芯片中讀出數(shù)據(jù)的方式不同。

CCD傳感器由一行對(duì)光線敏感的光電探測器組成，光電探測器一般為光柵晶體管或光電二極管。光電探測器是將光子轉(zhuǎn)為電子并將電子轉(zhuǎn)為電流的設(shè)備。圖像曝光時(shí)，光電探測器累積電荷，通過轉(zhuǎn)移門電路，電荷被轉(zhuǎn)移到串行讀出寄存器，并通過電荷轉(zhuǎn)換器和放大器讀出。CCD傳感器分為線掃描傳感器和面掃描傳感器。對(duì)于線掃描傳感器，光電探測器通常為光電二極管。在面掃描傳感器中，電荷是一行一行按順序轉(zhuǎn)移到讀出寄存器的。

CMOS傳感器通常采用光電二極管作為光電探測器，與CCD傳感器不同的是，光電二極管中的電荷不是按順序讀出的，而是每一行都可以通過行和列選擇電路直接選擇并讀出。CMOS的每個(gè)像素都有自己的獨(dú)立放大器，可以實(shí)現(xiàn)比CCD更高的幀率。CMOS可以在傳感器上實(shí)現(xiàn)并行模數(shù)轉(zhuǎn)換，而且可以在每個(gè)像素上集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，從而進(jìn)一步提高讀出速度。

10.2機(jī)器視覺算法與圖像處理

10.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在機(jī)器視覺里，圖像是基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它所包含的數(shù)據(jù)通常是由圖像采集卡傳送到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中的。一個(gè)像素可以看成對(duì)能量的采樣結(jié)果，此能量是在曝光過程中由傳感器上一個(gè)感光單元累積得到的，它累積了在傳感器光譜響應(yīng)范圍內(nèi)的所有光能。黑白相機(jī)會(huì)返回每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的一個(gè)能量采樣結(jié)果，這些結(jié)果組成了一幅單通道圖像

。而彩色相機(jī)則返回每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的三個(gè)采樣結(jié)果，這些結(jié)果組成了一幅三通道圖像。直觀來看，數(shù)字圖像可以簡單地看作一個(gè)二維數(shù)組，每一個(gè)元素具有一個(gè)特定的坐標(biāo)(r，c)和幅值g(r，c)，這些元素就稱為圖像的像素，如圖10-2所示。圖10-2圖像像素的坐標(biāo)

10.2.2灰度值變換

本節(jié)中討論的圖像灰度值變換基于以下式子：

式中，f(x，y)是輸入圖像，g(x，y)是輸出圖像，T是在點(diǎn)(x，y)的一個(gè)鄰域內(nèi)定義的針對(duì)f

的算子。

在灰度變換中，最常使用的3種基本函數(shù)為線性函數(shù)(反轉(zhuǎn)變換和恒等變換)、對(duì)數(shù)函數(shù)(對(duì)數(shù)變換和反對(duì)數(shù)變換)和冪函數(shù)(n次冪變換和n

次根變換)，如圖10-3所示。恒等變換是輸入灰度與輸出灰度相同的一種情況。圖10-3灰度變換中常用的函數(shù)

1.反轉(zhuǎn)變換

使用圖10-3中所示的反轉(zhuǎn)變換，得到灰度級(jí)在區(qū)間[0，L-1]內(nèi)的反轉(zhuǎn)圖像的形式為

式中，r

和s分別代表圖像處理前后的像素值。采用這種方式反轉(zhuǎn)圖像的灰度級(jí)時(shí)，會(huì)得到類似于照片底片的結(jié)果。這種類型的處理可用于增強(qiáng)圖像暗色區(qū)域中的白色或灰色細(xì)節(jié)，

暗色區(qū)域的尺寸很大時(shí)這種增強(qiáng)效果更好。乳房

X射線圖像及灰度反轉(zhuǎn)圖像如圖10-4所示。圖10-4乳房X射線圖像及灰度反轉(zhuǎn)圖像

2.對(duì)數(shù)變換

圖10-3中的對(duì)數(shù)變換的通用形式為

式中，c是一個(gè)常數(shù)，并假設(shè)r≥0。

作為對(duì)數(shù)變換的說明，圖10-5(a)顯示了值域?yàn)?~1.5×106

的傅里葉頻譜。當(dāng)這些值在一個(gè)8bit顯示系統(tǒng)中被線性地縮放顯示時(shí)，最亮的像素將支配該顯示，頻譜中的低值(恰恰是重要的)將損失掉。圖10-5(a)中相對(duì)較小的圖像區(qū)域鮮明地體現(xiàn)了這種支配性的效果，而頻譜中的低值作為黑色則觀察不到。替代這種顯示數(shù)值的方法，如果我們先對(duì)這些頻譜值應(yīng)用式(10-3)(此時(shí)c=1)，那么得到的值的范圍就變?yōu)?~6.2。圖10-5(b)顯示了線性地縮放這個(gè)新值域并在同一個(gè)8bit顯示系統(tǒng)中顯示頻譜的結(jié)果。由這些圖片可以看出，與未改進(jìn)顯示的頻譜相比，這幅圖像中可見細(xì)節(jié)的豐富程度是很顯然的。圖10-5灰度圖像對(duì)數(shù)變換對(duì)比

3.冪變換

冪變換的基本形式為

式中，c和γ

為正常數(shù)。若考慮偏移量(即輸入為0時(shí)的一個(gè)可度量輸出)，則式(10-4)也寫為s=c(r+ε)γ，其中ε為偏移量。然而，偏移量一般顯示標(biāo)定問題，因而作為一個(gè)結(jié)果，通常在式(10-4)中忽略不計(jì)。對(duì)于不同的γ

值，s與r的關(guān)系曲線如圖10-6所示。圖10-6不同γ值的s=crγ

曲線

但是，利用空間域平均法平滑后的邊緣不如利用時(shí)域平均法平滑后的銳利。這是因?yàn)?，一般而言，圖像并不是遍歷的，只有在圖中亮度一致的區(qū)域才是遍歷的。因此，均值濾波使得圖像的邊緣變得模糊。對(duì)于圖像來說，均值濾波器可表示為

盡管均值濾波器提供了不錯(cuò)的結(jié)果，但它還不是最適宜的平滑濾波器，因?yàn)榫禐V波器的頻率響應(yīng)不是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，或者各向異性的。這意味著傾斜方向上的結(jié)構(gòu)與水平或垂

直方向上的結(jié)構(gòu)在應(yīng)用同一濾波器時(shí)會(huì)經(jīng)歷不一樣的平滑處理。在所有平滑濾波器中，高斯濾波器是最理想的平滑濾波器。理想平滑濾波器的自然準(zhǔn)則是：濾波器應(yīng)該是線性可分的，各向同性的，平滑程度可控的。高斯濾波器是唯一符合全部自然準(zhǔn)則的平滑濾波器。二維高斯濾波器可表示為

以上討論的都是空間域的線性濾波器，同樣能抑制噪聲的還有一種非線性濾波器——中值濾波器。中值被定義為這樣一個(gè)值，在樣本概率分布中，50%的值要小于此值，而另外50%的值要大于此值。如果樣本包含n

個(gè)值gi(i=0，1，…，n-1)，以升序?qū)i

進(jìn)行排序后得到新的序列si，那么gi

的中值median(gi)=sn/2。這樣，通過計(jì)算當(dāng)前窗口內(nèi)覆蓋像素的中值而不是平均值，就得到一個(gè)中值濾波器。用W

表示窗口，此時(shí)中值濾波器可以表示為

10.2.4傅里葉變換

許多用于圖像處理和分析的過程都基于頻域或者空間域。在空間域中，操作的對(duì)象是單個(gè)像素。在頻域處理中，不再使用單個(gè)像素信息，而是對(duì)整幅圖像的頻率進(jìn)行處理。雖然二者處理方式不同，但它們之間相互關(guān)聯(lián)，在不同情況下有各自的應(yīng)用。傅里葉變換能將函數(shù)從空間域轉(zhuǎn)換到頻域，傅里葉逆變換則是將函數(shù)從頻域轉(zhuǎn)換到空間域。

一維函數(shù)h(x)的傅里葉變換是將位置在x

的函數(shù)h(x)轉(zhuǎn)換為頻率f

的函數(shù)H(f)，變換公式為

從頻域到空間域的傅里葉逆變換為

H(f)通常是復(fù)數(shù)，精確描述了不同頻率復(fù)指數(shù)函數(shù)的疊加，疊加相同頻率的正弦波和余弦波即得到一個(gè)相位移動(dòng)的正弦波。

對(duì)于二維連續(xù)函數(shù)，其傅里葉變換及傅里葉逆變換為

在傅里葉變換的眾多性質(zhì)中，最有趣的一個(gè)性質(zhì)是傅里葉變換在空間域的卷積等價(jià)于在頻域的相乘。因此，通過將圖像及使用的濾波器變換到頻域，將兩者在頻域的結(jié)果相乘，

再將乘積轉(zhuǎn)換回空間域就實(shí)現(xiàn)了空間域的卷積操作，也就實(shí)現(xiàn)了空間域的濾波。

均值濾波器的傅里葉變換結(jié)果為

同理，高斯濾波器的傅里葉變換結(jié)果為

可見，高斯濾波器的傅里葉變換還是一個(gè)高斯函數(shù)，只是方差變成了自身的倒數(shù)。若增加以上兩種濾波器自身的尺寸，則濾波器的頻率響應(yīng)將變窄。一般來說，空間域和頻率域的對(duì)應(yīng)關(guān)系為

式中，a

為高斯濾波器的尺寸。

10.2.5幾何變換

1.仿射變換

如果在測量裝置上物體的位置和旋轉(zhuǎn)角度不能保持恒定，那么必須對(duì)物體進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)角度的修正，這時(shí)使用到的變換稱為仿射變換。仿射變換是一種線性變換，指平面內(nèi)的平移、旋轉(zhuǎn)及縮放。線性變換可用如下齊次坐標(biāo)描述：

2.投影變換

投影變換是指物體與其在投影面上的像之間的變換，也就是說，投影前的面和投影后的面不是同一個(gè)面。如果物體是二維的，則可以通過二維投影變換對(duì)此物體的三維變換進(jìn)

行模型化，具體由下式給出：

3.圖像變換

在了解了如何用仿射變換和投影變換實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換后，接下來考慮如何對(duì)圖像進(jìn)行變換。變換一幅圖像的方法是在輸出圖像內(nèi)遍歷所有像素并計(jì)算其在輸入圖像中相應(yīng)點(diǎn)的位

置，然后再算出輸入圖像中該點(diǎn)的灰度值并將其作為輸出圖像的灰度值。這是保證能夠?qū)敵鰣D像中所有相關(guān)像素進(jìn)行設(shè)定的最簡單方法。為了從輸出圖像得到輸入圖像的坐標(biāo)，需要對(duì)表示仿射變換或投影變換的矩陣求逆，然后使用逆矩陣進(jìn)行仿射變換或投影變換求解。

圖10-7雙線性插值

10.2.6圖像分割

1.閾值分割

為了得到圖像中的物體信息，必須將圖像進(jìn)行分割，即提取圖像中與感興趣物體相對(duì)應(yīng)的那些區(qū)域。圖像分割的輸入是圖像，輸出是一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。最簡單的分割算法是閾值分割。閾值分割操作被定義為

式中，R

是離散二維平面內(nèi)的矩形圖像，fr，c表示輸入圖像，gmin和gmax分別為閾值分割的灰度值下限和灰度值上限。

2.連通區(qū)域提取

分割算法返回一個(gè)區(qū)域作為分割的結(jié)果，通常情況下，分割后得到的區(qū)域中所包含的多個(gè)物體在返回結(jié)果中應(yīng)該是彼此獨(dú)立的。但是，我們感興趣的物體是由一些相互連通的像素集合而成的。所以，必須計(jì)算出分割后所得區(qū)域內(nèi)包含的所有連通區(qū)域。

10.2.7特征提取

最簡單的區(qū)域特征是區(qū)域面積：

區(qū)域面積就是區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)。事實(shí)上，可以通過求區(qū)域的矩來求區(qū)域的特征，當(dāng)p≥0，q≥0時(shí)，區(qū)域的(p，q)階矩定義為

從歸一化的矩中得到的特征是區(qū)域的重心，即(n1，0，n0，1)，它可描述區(qū)域的位置。還有一些特征是不隨圖像中區(qū)域的位置變化而變化的，可以通過計(jì)算相對(duì)于區(qū)域重心的矩來求得。我們把下面的矩稱為歸一化的中心矩，即

二階中心矩(p+q=2)可以用來定義區(qū)域的方位和區(qū)域的范圍。假設(shè)一個(gè)區(qū)域是橢圓，通過獲取區(qū)域的一階矩得到區(qū)域的重心，即為橢圓的中心。其次，橢圓的長軸r1、短軸r2，以及相對(duì)于橫軸的夾角θ可由二階矩計(jì)算得到，即

除了基于矩的特征，還存在許多其他有用的特征，這些特征都基于為區(qū)域找到一個(gè)外接幾何基元。區(qū)域的最小平行軸外接矩形可基于區(qū)域橫、縱坐標(biāo)的最大值和最小值計(jì)算得

到?；诰匦蔚膮?shù)，可計(jì)算出其他有用的特征，如區(qū)域的寬度、高度和寬高比，還可以計(jì)算出任意方位的最小外接矩形和最小外接圓，如圖10-8所示。圖10-8區(qū)域面積作為特征進(jìn)行特征提取

10.2.8形態(tài)學(xué)

所有的區(qū)域形態(tài)學(xué)處理能根據(jù)六個(gè)非常簡單的操作來定義，即并集、交集、差集、補(bǔ)集、平移和轉(zhuǎn)置。先簡單來看一下這些操作。

我們考慮的第一類形態(tài)學(xué)的操作是閔可夫斯基加法，定義為

對(duì)上式中第一個(gè)等式的解釋為，取出第一個(gè)區(qū)域R

中的每個(gè)點(diǎn)以及S

中的每個(gè)點(diǎn)，然后計(jì)算這些點(diǎn)的矢量和，得到的點(diǎn)的集合即為閔可夫斯基加法的結(jié)果。第二個(gè)等式可以解釋為，

在平面內(nèi)移動(dòng)轉(zhuǎn)置后的結(jié)構(gòu)元，在任何時(shí)刻，當(dāng)轉(zhuǎn)置后的結(jié)構(gòu)元平移到與區(qū)域存在至少一個(gè)公共點(diǎn)時(shí)，復(fù)制此平移后的參考點(diǎn)到輸出中。

另外一個(gè)和閔可夫斯基加法十分相似的操作叫作膨脹，定義為

需要注意的是，只要結(jié)構(gòu)元相對(duì)于原點(diǎn)是對(duì)稱的，那么閔可夫斯基加法和膨脹的結(jié)果是相同的。在許多實(shí)際應(yīng)用中，選擇的結(jié)構(gòu)元都是關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的，因此很多參考資料對(duì)閔可夫斯基加法和膨脹操作不加以區(qū)分。但實(shí)際上，兩者從定義上還是有區(qū)別的。閔可夫斯基加法和膨脹將區(qū)域擴(kuò)大，可以用來將區(qū)域中彼此分開的幾個(gè)部分合并成一個(gè)整體。

第二類形態(tài)學(xué)的操作是閔可夫斯基減法，定義為

如果轉(zhuǎn)置后的結(jié)構(gòu)元完全包含在區(qū)域R中，就將其參考點(diǎn)加入輸出結(jié)果中。閔可夫斯基加法要求結(jié)構(gòu)元必須與區(qū)域存在至少一個(gè)公共點(diǎn)，而閔可夫斯基減法要求結(jié)構(gòu)元必須全

部包含在區(qū)域內(nèi)。

與閔可夫斯基加法和膨脹的關(guān)系類似，也有與閔可夫斯基減法相對(duì)應(yīng)的形態(tài)學(xué)操作，稱為腐蝕，定義為

閔可夫斯基減法和腐蝕只有在結(jié)構(gòu)元是關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱時(shí)才會(huì)輸出同樣的結(jié)果。這兩種形態(tài)學(xué)操作會(huì)將輸入?yún)^(qū)域收縮，可以用來將彼此相連的物體分開。腐蝕的另一個(gè)用途是模

板匹配。

閔可夫斯基加法和減法與膨脹和腐蝕都有一個(gè)屬性，在進(jìn)行補(bǔ)集操作時(shí)，它們彼此之間是互為對(duì)偶的，因此有

現(xiàn)在再來看這幾種基本操作的組合應(yīng)用。第一種是開運(yùn)算，即

第二種是閉運(yùn)算，即

閉運(yùn)算先執(zhí)行一個(gè)膨脹操作，再用同一個(gè)結(jié)構(gòu)元執(zhí)行一個(gè)閔可夫斯基減法。開運(yùn)算與閉運(yùn)算是對(duì)偶的，對(duì)前景的一個(gè)閉運(yùn)算等價(jià)于對(duì)背景的一個(gè)開運(yùn)算；反之亦然。因此有

10.2.9邊緣提取

1.邊緣的定義

邊緣實(shí)際上也是圖像中的一些區(qū)域，在這些區(qū)域中灰度值的變化非常明顯。假設(shè)把圖像看成一個(gè)一維函數(shù)f(x)，當(dāng)其一階導(dǎo)數(shù)與0的差距非常大，即|f'(x)|?0時(shí)，灰度值就發(fā)生了顯著的變化。但滿足這個(gè)條件的點(diǎn)不是唯一的，為了獲得一個(gè)唯一的邊緣位置，必須加入額外的條件，即一階導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值|f'(x)|是局部最大的。根據(jù)積分學(xué)的知識(shí)知道，|f'(x)|局部最大對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的二階導(dǎo)數(shù)等于零，即f″(x)=0。因此，對(duì)于一維函數(shù)，邊緣定義為一階導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值最大的點(diǎn)，另一種等價(jià)定義為二階導(dǎo)數(shù)等于零的點(diǎn)。

在二維圖像中，邊緣是一條曲線，在邊緣曲線的每個(gè)點(diǎn)上與曲線垂直的灰度值剖面都是一張一維邊緣剖面。與邊緣垂直的方向能通過圖像的梯度矢量算出，圖像的梯度矢量表明了圖像函數(shù)的最快上升方向，它由圖像的一階偏導(dǎo)矢量得到，即

梯度矢量的幅度相當(dāng)于一維中一階導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值|f'(x)|，其表達(dá)式為

梯度矢量的方向?yàn)棣?-arctan(fr/fc)。有了這些定義，二維圖像中邊緣可定義為圖像中的若干點(diǎn)，這些點(diǎn)在梯度方向上的幅值局部最大。在一維中，一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)對(duì)邊緣的定義是等效的。由于在二維中存在三種二階偏導(dǎo)，因此二階導(dǎo)數(shù)給出的結(jié)果與梯度矢量并不等效。在二維中，一個(gè)常用的算子是拉普拉斯算子，定義為

邊緣能通過令拉普拉斯算子等于零計(jì)算得到。

2.一維邊緣的提取

圖像是離散的且包含噪聲，如何從一維灰度值剖面中提取邊緣呢?首先根據(jù)離散一維灰度值剖面上連續(xù)灰度值之間的差來計(jì)算導(dǎo)數(shù)，離散一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)的計(jì)算公式分

別為

這兩個(gè)等式可以看成兩個(gè)線性濾波器，它們的卷積掩碼如下：

3.二維邊緣的提取

我們之前討論過，對(duì)二維邊緣存在著一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)兩種定義，這兩種定義得到的邊緣并不一致。與在一維中的情況類似，對(duì)那些明顯邊緣的提取需要在梯度矢量的量值

基礎(chǔ)上進(jìn)行一個(gè)閾值分割處理。

首先，來看一下在二維圖像中怎樣利用有限差分計(jì)算偏導(dǎo)數(shù)，即

但是，正如在一維邊緣中一樣，圖像必須被平滑以獲得更好的邊緣提取結(jié)果。通常我們會(huì)使用如下的3×3的邊緣濾波器：

同樣，在二維圖像中，Canny濾波器也可由高斯濾波器的偏導(dǎo)數(shù)得到。因?yàn)楦咚篂V波器是可分的，所以其導(dǎo)數(shù)也是可分的，表示如下：

式中，σ決定了平滑程度。

10.33D視覺技術(shù)

10.3.1相機(jī)模型和參數(shù)

3D視覺的主要任務(wù)包括3D位姿識(shí)別和3D檢測，它們使用不同的方法，具有不同的特征，但無論是哪種3D視覺任務(wù)，進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定是必不可少的環(huán)節(jié)。由于每個(gè)鏡頭的畸變程度各不相同，通過相機(jī)標(biāo)定就可以校正鏡頭的畸變。另外在相機(jī)標(biāo)定后，可以得到在世界坐標(biāo)系中目標(biāo)物體的實(shí)際大小和位姿。

為了標(biāo)定相機(jī)，先建立一個(gè)模型，該模型由相機(jī)、鏡頭和圖像采集卡組成，其可以將世界坐標(biāo)系中三維空間點(diǎn)投影到二維圖像中。以面陣相機(jī)模型為例，圖10-9顯示了一個(gè)針孔相機(jī)模型的透視投影關(guān)系。世界坐標(biāo)系中點(diǎn)