前言
        計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用大致上可以分成定位 (Location)、量測(cè) (Measurement)、識(shí)別（Recognition）、缺陷檢測(cè) (Defect Inspection)四大類(lèi)，其中以定位的應(yīng)用最為廣泛，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)同時(shí)涵蓋了多項(xiàng)功能，例如檢視主機(jī)板上的電子組件。機(jī)器視覺(jué)也可以用來(lái)控制機(jī)械手臂，在機(jī)械手臂上加裝CCD，利用影像辨識(shí)的定位，帶動(dòng)機(jī)械手臂來(lái)做一些高危險(xiǎn)性的醫(yī)療研究，例如：病毒研究、藥物混合等，都可以用這種方式來(lái)做控制，除了精準(zhǔn)之外，對(duì)人類(lèi)的生命也比較有安全保障。

影像定位后的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
        市面上影像比對(duì)的函數(shù)庫(kù)(Library)很多，使用者可以自行選用合適的函數(shù)庫(kù)。本文以下所提的系統(tǒng)采用Euresys公司開(kāi)發(fā)的 eVision EasyMatch，這是一種基于灰度相關(guān)性的圖像匹配函數(shù)庫(kù)，速度非常快，而且能夠達(dá)到次像素(sub-pixel)精度的匹配結(jié)果。對(duì)于旋轉(zhuǎn)、比率變化(縮/放)和平移等，都能精確找到模板圖像(Golden Image)的位置。故本文僅對(duì)影像定位后的二維坐標(biāo)產(chǎn)生的“位移”與“旋轉(zhuǎn)”做探討。

        坐標(biāo)位移
 

        坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)
 

        坐標(biāo)位移+旋轉(zhuǎn)
        遇到同時(shí)發(fā)生坐標(biāo)位移&旋轉(zhuǎn)時(shí)，先計(jì)算位移，再套用旋轉(zhuǎn)的公式，即可算出最后的結(jié)果。

系統(tǒng)架構(gòu)
        本系統(tǒng)為介紹如何設(shè)計(jì)出結(jié)合“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”與“計(jì)算機(jī)視覺(jué)”的自動(dòng)化定位系統(tǒng)。

基本架構(gòu)

        GEME-3000主控制器： 含HSL控制卡, 安裝Windows? XP操作系統(tǒng)
        3-Axis定位平臺(tái)：三菱伺服馬達(dá)+滾珠螺桿
        運(yùn)動(dòng)控制器：HSL-4XMO控制模塊。
        計(jì)算機(jī)視覺(jué)組件：使用IEEE1394 CCD采集影像，利用Euresys eVision的EasyMatch進(jìn)行影像比對(duì)(Pattern Match)，作定位偏移的補(bǔ)正計(jì)算。

                                          [圖1] 系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)機(jī)圖

系統(tǒng)流程
        本系統(tǒng)為介紹如何設(shè)計(jì)出結(jié)合“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”與“計(jì)算機(jī)視覺(jué)”的自動(dòng)化定位系統(tǒng)。

系統(tǒng)校正

        Mitsubishi 驅(qū)動(dòng)器調(diào)校：10,000 pulse/roll
        滾珠螺桿的螺距vs. Pulse/Roll：
        如，螺距=10mm/roll，10,000 pulse/roll ? 1um/pulse 
        F.O.V. (Field of View) 的選定：F.O.V.要大于定位點(diǎn)的大小，太小?可接受的“初步定位”誤差變小；太大?因定位點(diǎn)影像太小，影像定位誤差大。
        CCD工作距離的選定：工作距離要大于打孔頂針，以免對(duì)焦時(shí)打孔頂針撞到工件。當(dāng)F.O.V.及工作距離確認(rèn)后，即求出 LENS & Ext. Ring。
教導(dǎo)作業(yè)

         啟動(dòng)系統(tǒng)3軸回Home，待３軸回定位后，再由人工將工件置于3軸之定位平臺(tái)上并作“初步定位” ；
         手動(dòng)控制Z軸緩慢下降，使其接近定位平臺(tái)上方 (約0.5~)；
         手動(dòng)控制X/Y軸，使打孔頂針剛好在工件第一個(gè)孔位上方；再將Z軸緩慢下降，使其插入第一個(gè)孔位內(nèi)。如定位不準(zhǔn)，可以手動(dòng)移動(dòng)工件，使其定位更準(zhǔn)確。
         精確定位后，將Z軸上升至CCD的實(shí)時(shí)影像可看到完整“定位點(diǎn)”后，執(zhí)行下列“流程圖” 。

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自動(dòng)定位

    由人工將工件置于3軸定位平臺(tái)上，作“初步定位”后并啟動(dòng)本系統(tǒng)；
        系統(tǒng)會(huì)驅(qū)動(dòng)3軸定位平臺(tái)將CCD移至定位點(diǎn)上方 (2個(gè)不同位置)，取像并利用已 “教導(dǎo)” 之標(biāo)準(zhǔn)影像做“影像比對(duì)”作業(yè)，計(jì)算出“初步定位”之偏移量(Shift X/Y) 及 旋轉(zhuǎn)角度 (Rotation Angle)；
tx = GoldeXY[CCD_Find][1] - m_();
ty = GoldeXY[CCD_Find][0] - m_();
if (CCD_Find==0) { //第一次定位
shiftx = ZeroX - tx*Calibration;
shifty = CCD_Y - ty*Calibration;
} else { //第二次定位
dx = CCD_Locate[1][0] - tx*Calibration;
dy = CCD_Y - ty*Calibration;
angle = atan2( dy - shifty, shiftx-dx);
CalNewLocate(angle, shiftx, shifty);
}
通過(guò)“極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換” ，重新計(jì)算工件上所有孔位的新坐標(biāo) (Point Table)。
void CalNewLocate(F64 angle, F64 shiftx, F64 shifty)
{
int i;
F64 P[TOTAL_POINT*2];
F64 t;
for (i=0; i<TOTAL_POINT; i++) { //極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
P[i*2] = sqrt( OrgLocate[i*2] * OrgLocate[i*2]
+ OrgLocate[i*2+1] * OrgLocate[i*2+1]);
P[i*2+1] = atan2( OrgLocate[i*2],
OrgLocate[i*2+1])+ angle;
}

for (i=0; i<TOTAL_POINT; i++) {
t = P[i*2]*sin(P[i*2+1]);
NewLocate[i*2] = (shiftx + t)*SCALE_X;
t = P[i*2]*cos(P[i*2+1]);
NewLocate[i*2+1] = (shifty + t)*SCALE_Y;
}
}

結(jié)語(yǔ)
        機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用在現(xiàn)今的工業(yè)上，不但大幅的提升了工業(yè)的生產(chǎn)力，而且增加了使用者的能力。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)適用在哪些領(lǐng)域中：
1. 需要顯微鏡或放大鏡配合的工作，長(zhǎng)期使用放大工具對(duì)視力將會(huì)造成很大的損害，且操作人員的素質(zhì)也成為檢驗(yàn)上不定的因素。
2. 高危險(xiǎn)工作環(huán)境，例如高溫、低溫、真空、高壓、高噪音、高量輻射、高電壓、大電流的工作環(huán)境。
3. 重復(fù)性工作，一成不變的工作容易造成操作人員的倦怠，容易產(chǎn)生疏忽而受傷，或有怠工的現(xiàn)象，而機(jī)器視覺(jué)能二十四小時(shí)無(wú)休止的工作，且能在高速下執(zhí)行檢查，而檢視的準(zhǔn)確度也能控制在較穩(wěn)定的程度之內(nèi)。
4. 需要快速處理的狀況，如軍事武器操控，實(shí)時(shí)、大量的生產(chǎn)線。
5. 高精確性工作，如量測(cè)、定位、對(duì)象判別。

參考數(shù)據(jù)
[1] ADlink PMC-7852 user manual
[2] ADlink HSL-4XMO user manual
[3] Euresys eVision user manual