機器人如何看到物體：由硬件圖像采集和軟件圖像信息處理

人的視覺是我們獲知外界信息的主要途徑，視覺能夠 幫助我們對空間頻率、時間頻率以及對運動物體進行感知。

機器視覺系統(tǒng)的目的就是給機器或自動生產(chǎn)線添加一套視覺系統(tǒng)，其原理是由計算機或圖像處理器以及相關(guān)設(shè)備來模擬人的視覺行為，完成得到人的視覺 系統(tǒng)所得到的信息。人的視覺系統(tǒng)是由眼球、神經(jīng)系統(tǒng)及大腦的視覺中樞構(gòu)成， 計算機視覺系統(tǒng)則是由圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)及信息綜合分析處理系統(tǒng)構(gòu)成。機器人的視覺，大概可以理解為“視”和“覺” 兩部分，詳解如圖4-6所示。

從圖4-5我們不難看出，機器人的視覺系統(tǒng)總的說來由硬件和軟件兩大部分組成。

(1)硬件部分

①視覺傳感器，即CCD 或 者CMOS 攝像頭；

②視頻信號數(shù)字化設(shè)備，即圖像采集卡，它的 任務(wù)是把攝像頭輸出的全電視信號轉(zhuǎn)化成計算機方便 使用的數(shù)字信號；

③計算機及外設(shè)，根據(jù)系統(tǒng)的需要可以選用不 同的計算機及其外設(shè)，來滿足機器人視覺信息處理及 機器人控制的需要。由于 USB 接口技術(shù)的出現(xiàn)，小型攝像機可以直接與計算機相連，實現(xiàn)環(huán)境圖像的快速采集傳送，且預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)與圖像采集系統(tǒng)間的接口。

(2)軟件部分

①計算機系統(tǒng)軟件，選用不同類型的計算機，就有不同的操作系統(tǒng)和所支 撐的各種語言等，當然也可以采用底層方法處理圖像信息，以省掉操作系統(tǒng)帶來 的麻煩。

②機器人視覺信息處理算法，包括圖像預(yù)處理、分割、識別和解釋等 算法 。

機器人視覺系統(tǒng)是用計算機來實現(xiàn)人的視覺功能，也就是用計算機來實現(xiàn) 對客觀世界的識別。該系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像采集部件、圖像的處理和分析、處理結(jié)果輸出裝置，其原理圖如圖4-7所示。

①圖像采集部件：原始的圖像數(shù)據(jù)是通過圖像采集部件進入計算機的， 因而圖像采集部件的作用是采集原始的模擬圖像數(shù)據(jù)，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號。計算機在接收到圖像的數(shù)字信號后，將其存入內(nèi)存區(qū)。常用的圖 像采集部件有成像雷達、CCD 攝像頭加上圖像采集卡、圖像掃描儀、數(shù)碼攝 像機等。

②圖像信息處理器：圖像的處理工作通常是由計算機完成的，經(jīng)過采集卡 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，圖像信息在計算機中實現(xiàn)預(yù)處理、特征抽取(圖 像分析)、模式識別、重構(gòu)、描述、判斷、決策等一系列的處理。

③處理結(jié)果輸出(機機接口和人機接□):識別信息的輸出是圖像處理的 Z終目的。從廣義的角度講，信息的輸出形式可分為兩種：一種是根據(jù)識別的結(jié) 果作出判斷，通常以符號信息的形式輸出；另一種是以圖像形式輸出。機器人圖 像處理的結(jié)構(gòu)圖如圖4-8所示。

常見的攝像頭大致可以分為兩類，即單目攝像頭和雙目攝像 頭。所謂的單目攝像頭，就是一種只能看到平面，無法獲取距離信息的攝像頭。 這樣的攝像頭在我們的生活中非常常見，筆記本電腦或者手機內(nèi)置的攝像頭，以 及相機攝像機的鏡頭大多都是單目。但是要是使得機器人能夠準確地運動到我們 想要它運動到的地方，那么機器人就要對它所處的環(huán)境有一定的了解，才能相對 準確地獲取它要走的路徑。所以這就需要機器人對它周圍物體的位置有個準確的 了解，這就不僅需要機器人看到那個物體，還需要機器人準確地測出它與物體間 的距離。而能實現(xiàn)這一功能的就是雙目攝像頭。