Mono-3D：新型三维实体的图像处理技术

作者：Georg Lambert

欢迎访问e展厅 展厅 5 网络/安全/存储产品展厅 无线上网卡, 光纤设备, 网络布线产品, 计算机干扰器, 网关, ... 三维图像处理技术为机器人的空间运动定位提供了很高的灵活性，但由于到目前为止的三维图像处理技术投资费用较高，而且费时费力，因此，它的应用主要局限在要求特别高的少数领域中，例如汽车工业中车架的三维测量。现在，新研制成功的三维图像处理方法使这项技术的应用领域有了全新的拓展，即利用一台摄像机就可以在六个自由度的空间内准确的测量三维实体的图像处理技术。这一巨大的进步使得机器人技术和三维图像处理技术可以经济的应用于各个工业领域中。 灵活的自动化生产要求尽可能用通用的生产设备生产多种变型产品，而不断增加的装配工序对各个零件位于何处提出了很高的要求，即要求每个零件的位置非常准确，以便于工件运送时能保证装配机器人“手到擒来”。另一方面，与生产过程有关的工艺装配的投资控制的越来越少，而生产加工的灵活性要求却越来越高。满足这种情况的前提条件是：可以准确的获取空间三维坐标内各点的信息。而目前的三维实体定位方法和设备，对于许多应用场合来讲，太费时间且成本太高。 开发三维图像处理技术的应用领域为软件开发提出了新的要求，即要求研制开发具有创新性的三维图像处理控制软件。在过去的一年里，人们成功的完成了可靠的、快速的、无接触的工件一致性鉴别技术和工件位置的2D识别技术，可以准确的检测出在给定平面内的工件或产品的位置。利用这种2D位置测定系统人们仅能做到使分拣机械手从传送带上分拣出不合格品、为加工机床装夹工件、产品的类型鉴别或者位置测定。而在这一基础上进一步开发的三维图像识别系统，则可以在不同的平面层次中识别不同的物体，从而实现了真正意义上的三维位置识别。而且，这种三维图像识别系统还满足了很高的经济性要求，其采购费用比较容易承担。这种方法计算物体与摄像机之间的距离时采用的是2.5维的方法，即2 1/2 D技术。这种以轮廓识别为基础的任意形状物体的识别技术提供了很高的抗干扰性能，为托盘运输和非托盘运输的物资以及必须从周转箱中取出的工件识别提供了可靠而又经济的解决方案。 用于位置测定和位置识别的三维图像处理系统 众所周知，今天已经有大量的三维图像处理软件和方法了，这些品种繁多的三维图像处理软件和技术在不同的要求和不同的实际应用中都可以找到自己合适的位置，例如发动机机体的位置测定和位置识别。 三维传感器测定物体的位置，并在六个自由度的各个方位获取物体棱边、孔、空间曲面或者要素（即可以用点、角、线、轨迹加以描述的要素）。这些三维传感器可以固定安装在一个地点，也可以安装在机器人的手臂上。当多个这样的三维传感器共同合作时，可以达到很高的检测精度。 3D传感系统利用六个自由度的检测可以得到非常精确的位置坐标数据。它非常适合于在下列场合中使用：没有简单的特记标志可供定位检测使用时；大型的或者多个工件需要高清晰度的图片时；高自动化程度的机器人和自动传送系统要求快速精确的获得工件位置时。 从各个角度获取物体的差异 三维图像处理系统可将多个摄像系统的图像信息高速、高精度的转换成大型物体空间位置的识别信息。例如整个汽车车架的空间位置信息，它获取在空间六个自由度中与理论位置不同的差异信息。在摄像机随意配置并且投资费用较少的情况下实现快速的、无接触式的三维物体空间位置测定。由于这种图像处理系统位置测定的速度非常快，可以在短时间内得到准确的位置测定数据，所以它非常适合于与高速机器人配合使用。 在这种三维图像处理技术中，最新研制成功的“Mono－3D”技术是最后一个最重要的技术创新。它可以利用一个一次拍摄的图像，对3个特征要素从六个自由度中对三维实体进行测量而得出准确的三维数据。由于可以使用一个摄像机，辅之以必要的外部设备，因此，在三维图像处理仪器的硬件配置上，在占用空间方面，以及在硬件识别的安装方面，都有着明显的经济性。该系统可以在高速生产过程中毫无问题的进行工作，可利用其异常简单的操作控制软件方便的进行校正与调整。 Mono－3D技术是以在摄像机中对已有空间实体的三维图形的特征进行分析评判为基础的三维图像处理技术。由于可以只利用一个图像在六个空间自由度中对物体的位置、方位进行测定，因此设备的投资以及外部辅助设备的投资都可以降低到最低限度。所有在摄像机图像中识别的物体，其特征要素都可用于位置和方位的测量。因此，可测的尺寸体积可以达到最大的可测程度。如果物体的几何特征无法简单的进行评断，可以组合几个摄像位置进行分析。同样的，这种方法还可以选择对六个自由度中的任何一个加以限制，使它的数据不出现在最终的位置测定结果中。 这种三维图像处理系统以它的高使用灵活性而著称，即它可以应用在任何生产加工和检验过程中。这种灵活性也包括输入各种不同的测量特征，包括完成各种不同的测量任务。Mono－3D使用的最新研制开发的控制软件，为用户提供了最简单、最方便的操作界面。这一位置测定技术适用于高速生产的位置测定，但也可以简单、方便的切换到一维的和二维的测量使用方法之中。它可以使用移动的、或者固定的摄像传感器，其精确度可通过调整和设置各个传感器与各种需要完成的测定任务相匹配。 三维图像处理的一个典型应用是在机器人和装配自动线设备中的使用，例如在装配时涂敷粘接剂，或者涂敷密封胶，拧紧螺栓或者零部件的焊接。 在连接自动化的装配运动部件时，使用这种三维图像处理系统可以最好的发挥它的优点。试验的结果表明：可以完全避免生产过程的中断，提高生产效率，减少生产现场的空间占用率。 最后，还有一点是不可低估的，即这种三维图像处理技术在工业企业中还可以扩展到其他领域。因为，目前许多新的领域已为Mono－3D技术打开了大门，这就使得三维物体位置测定技术的工业化应用有了更加广阔的前景。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/26/2005)