一种基于机器视觉的自动定位方法及实验

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一 种基于机器视觉的 自动 定位方法及 实验 ·59·一 种基于机器视觉的自动定位方法及实验黄 帅，黄强先，袁 丹(合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009)摘要：介绍了一种基于机器视觉的高效、高精度 自动定位控制方法，并通过了实验验证。首先，利用图像处理的结果确定控制系统中各零件的位置和方向。其次，通过实验得到像素坐标系和空间坐标系的关系，控制二维_T-作台高速向定位点运行，提高定位效率。最后，由电感测微仪的显示值变化构成闭环控制系统，控制工作台低速向定位点逼近，提高了定位精度。介绍了自动定位系统的总体结构设计、基本原理及实现过程，并给出了二维工作台两个方向上的定位误差实验分析。

关键词：机器视觉；高精度；闭环控制；自动定位中图分类号：TH71；TP273 文献标识码：A 文章编号：1000—8829(2013)10—0059—03An Automatic Positioning M ethod Based on M achine Vision and Its ExperimentHUANG Shuai，HUANG Qiang—xian，YUAN Dan(School of Instrument Science and Opto—Electronic Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)Abstract：A high—eficiency，high—precision automatic positioning control method based on machine vision is in-troduced，and is verified by experiments．Firstly，the positions and orientations of the various components in thecontrol system are determined by the results of the image processing．Secondly，the relationship between thepixel coordinate system and the space coordinate system is obtained by the experiments，and then the two—di—mensional table is controlled to move towards the anchor point in high speed to improve the positioning efi—ciency．Finaly，a closed—loop control system is constituted by the changing displayed value of the inductancemicrometer，and the table is controlled to approach the anchor point in low—speed to improve the positioningprecision．The general structure design，the basic principles and the realization process of the automatic positio—ning system are introduced，and the experiment analysis of positioning errors in both directions on the two—di-mensional table is given.

Key words：machine vision；high·-precision；closed·-loop control；automatic positioning机器视觉是用机器代替人眼进行 目标对象的识别、判断和测量，这些问题具有很重要的工程价值。随着现代生产 自动化程度的不断提高，传统的三坐标测量机功能受到了制约，智能三坐标测量机将成为新的发展方向。智能三坐标测量机能够实现信息自动化和决策智能化，它能根据被测对象的图像和测量任务，确定自动测量方案，使测量机在测量过程中尽可能减少人为的干预和管理。在微纳米三坐标测量机的测量收稿 日期：2012—08—31基金项 目：国家863计划重点项 目(2008AA042409)作者简介 ：黄帅(1987一)，男，安徽淮北人，硕士研究生，主要研究方向为精密测试技术与仪器；黄强先(1968一)，男，山东即墨人 ，教授 ，博士生导师，主要研 究方向为微纳米测量技术、仪器精度理论及应用中，如果被测件和测量范围很小、肉眼难以分辨，而要求测量精度很高，则需要借助机器视觉完成系统的精确定位，并实现自动测量。

为解决大行程和高精度的矛盾，笔者着重介绍如何构建自动定位的闭环控制系统，有效提高定位过程的效率和精度，以满足系统的定位精度要求。

1 自动定位系统总体设计所研究的自动定位实验系统主要由视觉系统和控制系统组成。

1．1 视觉系统视觉系统由CCD摄像机、镜头、图像采集卡、工控机和照明系统组成 ，系统实物如图 1所示。CCD摄像机采用的是德国Imaging Source公司生产的DMK41BF02面阵CCD黑白相机，分辨率为130万像素；镜

基于 ARM的轰炸光电瞄准控制与实现 ·65·及 Controler控制。

系统工作模式控制的驱动程序开发相对简单，只需要在 xxIoctl中控制 I／0输出高低电平，控制模式选择继电器来切换系统工作模式。

2．4 FPGA程序Controler的 VHDL程序相对较为复杂，是整个VHDL程序设计的重点和难点，主要内容为寄存器控制进程和总线操作进程 。

① 寄存器控制进程 ：选择、控制、设置数据寄存器、地址寄存器以及状态寄存器。定义地址寄存器(32位)、控制寄存器 (32位)以及数据寄存器 (16位)，通过解析地址信息(基地址 +偏移地址)选择寄存器，实现对寄存器的操作。

② 总线操作进程：操作总线，数据传送。自定义一 个无限循环状态机 ，在每个时钟上升沿，更新当前状态为下个状态，通过判断总线请求位(bm)和总线忙(bbsy)来启动和循环状态机。状态机还通过判断控制寄存器的读写状态，数据寄存器的片选状态，启动状态机进行数据传送 ]。读写标志有效时，进入地址状态，发送Controler的应答信号(vme—dtack)给Master，转人数据传送状态，若 dtack=0，即Master准备好收发数据，则进行数据传送 ，最后进人停止状态，复位所有信号，进入下个循环。dtack和vme—dtack是设备和控制器的握手信号，分别由 Master和 Controler输出。

Master和Slave设备的VHDL程序就相对简单一些 ，主要是具体的读写数据以及 中断操作0 ，当采集到I／O板卡的状态或者数据信息后，向Controler发出总线请求，等待 Controler同意后 ，进行数据发送操作。

综上所述，读 、Y 值过程中软件系统各个层次分工及主要代码如表 1所示。

表 1 读数据时系统软件各层分工3 结束语光电瞄准系统正在取代纯光学瞄准系统，成为满足全天候轰炸作战的新一代瞄准设备 引，笔者研究的基于 ARM的轰炸光电瞄准控制系统，解决 了轰炸瞄准过程中各功能模块之间的通信难题，与原轰瞄系统相比，体积减小，处理速度有较大提高，自动化程度高，有利于加快轰炸瞄准系统的更新换代，提高轰炸打击能力。相关技术对于其他类型的光电瞄准系统的控制也具有一定的参考意义。

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