視覺定位系統(tǒng)關(guān)鍵因素及挑戰(zhàn)

機(jī)器視覺在生產(chǎn)制造中主要用在視覺引導(dǎo)，尺寸測(cè)量，產(chǎn)品檢測(cè)，物體識(shí)別等幾個(gè)領(lǐng)域。 在這幾個(gè)領(lǐng)域中，一個(gè)最基本的算法就是產(chǎn)品識(shí)別和定位，比如視覺引導(dǎo)機(jī)器人，要在圖像中識(shí)別出要抓取的產(chǎn)品，并定位出坐標(biāo)，才引導(dǎo)機(jī)器人到的產(chǎn)品位置。尺寸測(cè)量，產(chǎn)品檢測(cè)等也是一樣的，在測(cè)量和檢測(cè)之前，首先要知道有沒有產(chǎn)品，產(chǎn)品的位置在哪里，才可以應(yīng)用后續(xù)的各種分析工具。 因此，產(chǎn)品識(shí)別和定位是一個(gè)基本問題。

01視覺定位系統(tǒng)組成

依托機(jī)器視覺的機(jī)器人定位系統(tǒng)包含攝像機(jī)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。 其中攝像機(jī)系統(tǒng)中包括計(jì)算機(jī)(具有圖像采集卡)、攝像機(jī)，主要收集視覺圖像，并應(yīng)用機(jī)器視覺算法?？刂葡到y(tǒng)包含控制箱和計(jì)算機(jī)，對(duì)計(jì)算機(jī)末端具體位置完成控制。 工作區(qū)利用CCD攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，并使用計(jì)算機(jī)識(shí)別圖像，得到跟蹤特征，完成數(shù)據(jù)的計(jì)算和識(shí)別，借助逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方式獲取機(jī)器人每一位置的誤差，再對(duì)高精度末端執(zhí)行模塊進(jìn)行控制，科學(xué)調(diào)整機(jī)器人的位置和位姿。

02、視覺定位系統(tǒng)關(guān)鍵因素

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用中，視覺識(shí)別定位系統(tǒng)顯得尤為重要，在實(shí)際的生產(chǎn)中，我們要關(guān)注的不僅是能不能準(zhǔn)確抓取，同時(shí)還要關(guān)注到其速度問題，而這一塊一直是行業(yè)內(nèi)的問題，我們經(jīng)常遇到的工業(yè)機(jī)器人抓取通常速度是比較慢的。而一旦將速度提升上來，抓取的精度便會(huì)產(chǎn)生問題。 這也是視覺識(shí)別定位系統(tǒng)的難題，接下來我們跟隨小矩來一起了解下吧。 首先是數(shù)據(jù)量，在較為復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，系統(tǒng)需要準(zhǔn)確找到需要識(shí)別定位的產(chǎn)品； 其次是速度，如何在一些標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)線將速度提升到ms級(jí)別，過往的算法雖然可以在普通發(fā)揮作用，但是隨著算法不斷發(fā)展，深度學(xué)習(xí)算法往往需要搭載更加理想的GPU來實(shí)現(xiàn)； 然后便是問題的核心，定位精度，在深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，我們看到的圖像都是有一定的縮放，我們需要整個(gè)系統(tǒng)在原圖達(dá)到像素精度的匹配； 剩下的就是識(shí)別的準(zhǔn)確性，在很多情況下，我們能能到的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)很少，在這種狀態(tài)，如何來進(jìn)一步提高識(shí)別的準(zhǔn)確性！

04、視覺定位 面臨挑戰(zhàn)

如果要設(shè)計(jì)一個(gè)可行的產(chǎn)品識(shí)別和定位的算法，需要克服幾方面的困難：

1、快速的指定產(chǎn)品 工業(yè)產(chǎn)品千差萬別。因此，對(duì)于每一個(gè)具體的應(yīng)用，需要從幾張，甚至一張圖像上，快速指定需要查找的產(chǎn)品，比如當(dāng)前產(chǎn)線需要定位鉚釘?shù)奈恢?，拍一張照片并進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)，就可以在后續(xù)的圖像中進(jìn)行搜索定位。

2、快速的搜索產(chǎn)品 對(duì)于一張200萬像素的圖片，通常要求在幾十毫秒的時(shí)間可以識(shí)別和定位出產(chǎn)品的位置。

3、高精度的定位 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)精度和公差有嚴(yán)格的要求，因此產(chǎn)品的定位就要力求準(zhǔn)確。現(xiàn)在普遍要求識(shí)別定位算法可以達(dá)到一個(gè)像素級(jí)別的定位精度，甚至可以達(dá)到亞像素級(jí)別。

4、可以適應(yīng)產(chǎn)品缺失、遮擋、臟污等的影響 如果一個(gè)產(chǎn)品被遮擋，導(dǎo)致產(chǎn)品在圖像中缺失一定比列，需要依然可以識(shí)別定位到物體。反之，如果產(chǎn)品表面發(fā)生臟污，導(dǎo)致表面的特征發(fā)生變化，需要依然可以識(shí)別定位。

5、可以適應(yīng)光照亮度不均勻的影響 如果產(chǎn)品的亮度發(fā)生變化，比如一半亮一半暗，需要依然可以識(shí)別定位。

6、可以識(shí)別旋轉(zhuǎn)的產(chǎn)品 產(chǎn)品通?？赡茉?60度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

7、可以識(shí)別多個(gè)產(chǎn)品 一張圖像中可能有多個(gè)產(chǎn)品，需要分別識(shí)別定位。

8、可以準(zhǔn)確識(shí)別接近對(duì)稱的物體 接近對(duì)稱的物體很容易別識(shí)別成錯(cuò)誤的方向，需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

9、可以應(yīng)對(duì)物體的極性翻轉(zhuǎn) 比如學(xué)習(xí)的產(chǎn)品是白底黑字，但是實(shí)際上產(chǎn)品圖像有可能是黑底白字，需要可以識(shí)別。 ?

編輯：黃飛

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