实验二机器人视觉引导系统仿真认知实验.PDFVIP

实验二 机器人视觉引导系统仿真认知实验 [实验目的] 1、熟悉对Epson机器人的操作 2、熟悉对相机参数的调整 3、掌握单目相机标定方法 4、掌握简单的图像处理方法 5、计算物体运动位置精度 [实验器材] 大恒相机和镜头一个，机器人运动控制器一个，机器人一个，pc一台 [实验原理] pc 机器视觉引导系统是由相机，镜头、 机和机器人控制器以及机械臂这几 PC 部分硬件组成，相机负责图像采集， 作为服务器向控制器发送一些命令以及 数据，而控制器作为客户端接受服务器发来的信息指导机械臂实现轨迹化运动并 pc 返回一些结果数据到服务器，从而实现机器人与 机的友好交互。 一、相机参数的调整 为了使采集的图像清晰不畸变不失真，我们需要对相机的一些常用参数进行 调整。这里的参数包括：曝光时间，白平衡，焦距，光圈 曝光时间是为了将光投射到照相感光材料的感光面上，快门所要打开的时 间。曝光时间主要是指底片的感光时间，曝光时间越长底片上生成的相片越亮， 相反越暗。在外界光线比较暗的情况下一般要求延长曝光时间。但是在拍摄运动 物体时，曝光时间长会导致运动的物体产生拖影。所以要选择恰当的曝光时间才 能采集到合适的图像。 白平衡是一个很抽象的概念，最通俗的理解就是让白色所成的像依然为白 色，如果白是白，那其他景物的影像就会接近人眼的色彩视觉习惯。白平衡是实 现摄像机图像能精确反映被摄物的色彩状况。许多人在使用摄像机拍摄的时候都 会遇到这样的问题：光在日灯的房间里拍摄的影像会显得发绿，在室内钨丝灯光 下拍摄出来的景物就会偏黄，而在日光阴影处拍摄到的照片则莫名其妙地偏蓝， 其原因就在于 “白平衡”的设置上。所以，为了得到一个适合人眼视觉的图像， 白平衡的调整也很重要。 焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透 镜光心到光聚集之焦点的距离。亦是相机中，从镜片中心到CCD等成像平面的 距离。是否聚焦影响到图像是否清晰，所以，调焦是采到清晰图像很重要的一个 环节。 光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置。为了 使图像变亮，光线充足，需要调大光圈。 二、单目视觉标定 张正友标定算法 1、基本问题描述：空间平面的三维点与相机平面二维点的映射 ~ 假设空间平面中三维点：M  X,Y,Z,1 T （齐次坐标，世界坐标系） ~ 相机平面二维点：  T （齐次坐标，相机坐标系）那么空间中的点是如 m u,v,1 何映射到相机平面上去呢？我们用一个等式来表示两者之间关系： （1） 注：A为相机内参矩阵，R，t分别为旋转和平移矩阵，s为一个放缩因子标量。 我们把等式再简化下： （2） 因为张正友算法选取的是平面标定，所以令z=0,所以平移向量只有r1,r2即可。 H就是我们常说的单应性矩阵，在这里描述的是空间中平面三维点和相机平面二 维点之间的关系。因为相机平面中点的坐标可以通过图像处理的方式（哈里斯角 点，再基于梯度有哪些信誉好的足球投注网站的方式精确控制点位置）获取，而空间平面中三维点可以通 过事先做好的棋盘获取。所以也就是说每张图片都可以计算出一个H矩阵。 2、内参限制 我们把H矩阵(3*3)写成3个列向量形式，那么我们把H矩阵又可写成： （3） 注:lamda是个放缩因子标量，也是s的倒数。 那么现在我们要用一个关键性的条件：r1和r2标准正交。 正交： （4） 单位向量（模相等）：