【正文】 在今后的工作中，將時(shí)刻鞭策我、激勵(lì)我，促我?jiàn)^進(jìn)。結(jié)論基于微動(dòng)平臺(tái)的圖像處理主要是運(yùn)用圖像匹配理論進(jìn)行立體匹配。 [val,id]=sort(imgDiff(y,x,:))。 %e=conv2(e,e,39。if isrgb(im2) im2=rgb2gray(im2)。本次實(shí)驗(yàn)主要采用SSD作為匹配函數(shù)來(lái)進(jìn)行圖像匹配仿真，程序如下：clear,clcim1=imread(39。接下來(lái)采用SSD算法進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)程序：圖示中為彩色圖，匹配中首先將其變?yōu)榛叶葓D，指令為im1=imread(39。 end end Map=uint8(Map)。)。D=15。)。)。在以上介紹的這些窗口匹配代價(jià)函數(shù)中，SSD和SAD計(jì)算簡(jiǎn)單，且方便較為常用，但易帶來(lái)誤匹配。如果任務(wù)反過(guò)來(lái)，搜索從只點(diǎn)開(kāi)始，但是沒(méi)能找到e，則匹配不可靠，應(yīng)該被排除。但是，由于遮擋問(wèn)題，在物體邊界處，比如邊界兩側(cè)的兩個(gè)點(diǎn)，連續(xù)性約束并不成立。利用這些圖像處理工具箱，并結(jié)合其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，我們可不必關(guān)心圖像文件的格式、讀寫(xiě)、顯示等細(xì)節(jié)，而把精力集中在算法研究上，大大提高了工作效率。例如，由200行和300列的不同顏色點(diǎn)組成的一幅圖像在MATLAB中采用200X300的矩陣存儲(chǔ)。(4)高效性。可以說(shuō)，MATLAB在科學(xué)計(jì)算與工程應(yīng)用方面的編程效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他高級(jí)語(yǔ)言。MATLAB語(yǔ)法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并具有極強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算、圖形文字處理、數(shù)據(jù)分析、圖形繪制及處理功能，是近幾年來(lái)在國(guó)內(nèi)外廣泛流行的一種可視化科學(xué)計(jì)算軟件。（7）應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶界面）。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Cleve Moler為了減輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用FORTRAN編寫(xiě)了最早的MATLAB。MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。3．?dāng)z像機(jī)標(biāo)定。理想情況下，兩攝像機(jī)的光軸平行，并且攝像機(jī)的水平掃描線位于同一平面時(shí)(即理想的平行視點(diǎn)模型)，設(shè)P點(diǎn)在左、右圖像平面中成像點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)OL和0R(OL和oR是左、右攝像機(jī)透鏡光軸與圖像平面的交點(diǎn))的距離分別為置,，則P點(diǎn)在左、右圖像平面中成像點(diǎn)位置差被稱為視差(disparity)。物體上的點(diǎn)P在L攝像機(jī)中的成像點(diǎn)為PL，它是通過(guò)從P點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)透鏡中心cL與圖像平面相交而形成的。對(duì)于任何空間點(diǎn)P，如己知它的坐標(biāo)，就可求出它的圖像點(diǎn)P的位置(u，v)，這是因?yàn)樵谝阎狹與X時(shí)，式()給出了三個(gè)方程，在這三個(gè)方程中消去就可求出(u，v)。則圖像中任意一個(gè)像素在兩個(gè)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)有如下關(guān)系如圖33： （31）圖33 圖像坐標(biāo)系 （32）齊次坐標(biāo)和矩陣形式可將傷逝表示為： （33） （34）攝像機(jī)成像的幾何關(guān)系圖如下所示，其中O點(diǎn)稱為攝像機(jī)光心，軸和軸與圖像的x軸與y軸平行，軸為攝像機(jī)的光軸，它和圖像的平面是垂直的圖像平面和光軸之間有交點(diǎn)，就是圖像坐標(biāo)的原點(diǎn)，由點(diǎn)O與，組成的直角坐標(biāo)系稱為攝像機(jī)坐標(biāo)系，為攝像機(jī)焦距。圖32 Marr計(jì)算視覺(jué)理論框架什么是雙眼視差（Disparity）一般情況下，當(dāng)人觀察一現(xiàn)實(shí)世界中某一物體的時(shí)候，每只眼睛的視網(wǎng)膜上各自形成一個(gè)獨(dú)立的影像，左眼看到物體的左邊多一些，右眼看到物體的右邊多些，同一物體在兩個(gè)視網(wǎng)膜上得到不同的影像，同一物體上某點(diǎn)落在左右兩眼視網(wǎng)膜上的位置是不同的，這種位置差就稱為雙眼視差。美國(guó)的Mrr的Roberts完成的三維景物分析工作，把二維圖像分析推廣到三維，這標(biāo)志著立體視覺(jué)技術(shù)的誕生，并在隨后的20多年中迅速發(fā)展成為一門(mén)新興學(xué)科。閾值分割的結(jié)果依賴于閥值的選?。_定閾值是閾值分割的基于區(qū)域的分割，有兩種基本形式：區(qū)域生長(zhǎng)和分裂合并。圖像復(fù)原和罔象增強(qiáng)的目的相似，都是為了改善圖像的視覺(jué)效果，令其符合人肉眼的視覺(jué)要求．但二者并不等同，圖像增強(qiáng)不考慮圖像畸變或退化的原，更多的依據(jù)主觀判斷利用各種技術(shù)進(jìn)行處理，達(dá)到增強(qiáng)圖像的視覺(jué)效果，滿足人視覺(jué)系統(tǒng)的要求，不用考慮增強(qiáng)后的圖像是否失真，只要滿足肉眼觀感就可以，而圖像復(fù)原是根據(jù)圖像產(chǎn)生畸變或退化的原因，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從畸變或退化的像信號(hào)巾提取所需的相關(guān)信息，并找出一種相應(yīng)的逆過(guò)程處理方法，從而恢復(fù)圖像的本來(lái)面貌。圖像增強(qiáng)：很多歷史資料由于材質(zhì)和時(shí)間的原因，格幅圖片色澤偏晴，亮度范闈不足或非線性等因素造成對(duì)比度不足，影響觀看效果。圖像變換圖像編碼壓縮圖像復(fù)原圖像分割圖31 圖像處理步驟一些歷史檔案和資料具有很高的研究?jī)r(jià)值，對(duì)于研究該地區(qū)當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)和文化背景有很大的作用，但是岡為年代久遠(yuǎn)，其紙質(zhì)或布質(zhì)的材質(zhì)因?yàn)闀r(shí)間原因，使得寫(xiě)在上面的圖案和文字資料都模糊不清，有些肉眼已經(jīng)很難分辨出具體內(nèi)容，對(duì)于歷史和研究都是很大的損失，用數(shù)碼相機(jī)將這些紙質(zhì)或布質(zhì)材質(zhì)的資料拍攝下來(lái)輸人計(jì)算機(jī)，將原始的資料變?yōu)閿?shù)字圖像，再用數(shù)字圖像處理的方法將其處理還原，以達(dá)到人眼可以看清內(nèi)容，進(jìn)行研究的效果。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法，但還沒(méi)有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。（四）安全領(lǐng)域中應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域利用圖像處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)癰、安全方便的診斷和治療。數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)廣泛深入地應(yīng)用于國(guó)計(jì)民生相關(guān)的許多領(lǐng)域。所謂數(shù)字圖像處理就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行加工以滿足人的視覺(jué)心理或者應(yīng)用需求的過(guò)程。根據(jù)機(jī)械手和視覺(jué)系統(tǒng)的性能以及任務(wù)的復(fù)雜性來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)微動(dòng)控制平臺(tái)。3．包括一些用予靈活操縱和處理微小物體的工具。但用作定位補(bǔ)償?shù)奈⑽灰乒ぷ髋_(tái)，它的精度要求比較高，一般都在亞微米級(jí)以上甚至納米級(jí)，另外還應(yīng)具有良好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，微操作的目的是對(duì)特征尺寸在微米量級(jí)的對(duì)象進(jìn)行的操作和處理，用于執(zhí)行微操作的儀器通常稱為微操作系統(tǒng)或微操作機(jī)器人。MO188NE 本身是一獨(dú)立控制系統(tǒng)，由微動(dòng)平臺(tái)、微電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器及遙桿構(gòu)成，不具備外部控制指令輸入接口，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行硬件改造，添加與上位機(jī)通訊控制單元，使其可以實(shí)時(shí)接收上位機(jī)指令實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。如圖24所示，微操作機(jī)器人的顯微視覺(jué)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：圖23 微操作系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成及工作原理1． 操縱裝置；2．控制用計(jì)算機(jī)；3．左微定位平臺(tái)；4．光學(xué)顯微鏡；5．右微定位平臺(tái)；6．末端微執(zhí)行器圖24 顯微視覺(jué)系統(tǒng)組成 (1) 能完成對(duì)被操作物體精確移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等操作的操作手；(2) 有足夠分辨率、并能從多方向觀察操作對(duì)象的顯微鏡監(jiān)視系統(tǒng)：(3) 能不失真地記錄操作過(guò)程、操作對(duì)象和操作工具位置信息的圖像采集系統(tǒng)；(4)圖像信息處理系統(tǒng)；(5)操作手控制系統(tǒng)。但并不是所有位于物鏡前方的物體都可以被轉(zhuǎn)換成有用的數(shù)字圖像,只有在顯微鏡的景深范圍之內(nèi)的物體,光路放大系統(tǒng)才有效。以為立體視覺(jué)中通常采用雙目視覺(jué)方案，所以只要標(biāo)定出攝像機(jī)的參數(shù)及兩攝像機(jī)之間的距離，并且通過(guò)對(duì)左右兩路采集到的視覺(jué)圖像信息進(jìn)行匹配，就可以確定出操作物體在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。2) 操作對(duì)象質(zhì)量小，構(gòu)造薄弱,因而操作力不宜過(guò)大，空氣阻力相對(duì)其重量可能很大，在進(jìn)行操作時(shí)，還需要釋放操作。第4章圖像匹配算法及仿真的研究。4) 具有多自由度, 操作靈活, 便于調(diào)整, 運(yùn)動(dòng)精微, 根據(jù)操作對(duì)象的不同, 位移分辨率可達(dá)亞微米級(jí)或納米級(jí)。規(guī)?；瘜?duì)生產(chǎn)效率、成功率提出了要求，這是現(xiàn)有微操作系統(tǒng)無(wú)法勝任的，所以需要研制具有自動(dòng)化、高精度的微操作系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)方面，自從80年代以來(lái)，在中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家基金委、國(guó)家科委的支持下，國(guó)內(nèi)的微動(dòng)控制系統(tǒng)的研究也取得了一定成績(jī)，如天津大學(xué)研制的微進(jìn)給工作臺(tái)，可以達(dá)到O．01urn的位移分辨率，重復(fù)定位精度0．1um；但研究工作尚顯薄弱，仍需要進(jìn)行大力的扶持。隨著圖像處理技術(shù)的不斷深入發(fā)展，從70年代中期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，推動(dòng)了數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。在以后的宇航空間技術(shù)中，如對(duì)火星、土星等星球的探測(cè)研究中，數(shù)字圖像處理都發(fā)揮了極其巨大的作用。那時(shí)候的圖像處理的目的是為了改善圖像的質(zhì)量，它是以人為對(duì)象，以改善人的視覺(jué)效果為目的。 微動(dòng)系統(tǒng)的圖像處理及控制設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 2 2 3 5第2章 微動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及原理 6 6 8 8 12 14 15第3章 圖像處理原理 16 圖像處理介紹 16 19 19 22 29 33第4章 MATLAB的仿真研究 34 34 36 37 仿真分析比較 38 46結(jié)論 47參考文獻(xiàn) 48致謝 50附錄1 51附錄2 56附錄3 61附錄4 66I第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景近幾年來(lái),由于多媒體技術(shù)和因特網(wǎng)的迅速普及和發(fā)展,數(shù)字圖像處理技術(shù)同樣也受到了前所未有的十分廣泛重視,并且出現(xiàn)了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。圖像處理過(guò)程中，輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像，常用的圖像處理方法主要有圖像增強(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等雙目立體視覺(jué)技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)十分重要的分支，即由不同位置的兩臺(tái)經(jīng)過(guò)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場(chǎng)景的攝像機(jī)，通過(guò)計(jì)算空間點(diǎn)在兩幅國(guó)像中的視差，獲得該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。數(shù)字圖像處理取得的另一個(gè)巨大成就是在醫(yī)學(xué)上獲得的成功。人們已經(jīng)開(kāi)始研究如何用計(jì)算機(jī)解釋圖像，實(shí)現(xiàn)類似人類的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)理解外面世界，這種技術(shù)被稱為圖像理解或計(jì)算機(jī)視覺(jué)。由于我國(guó)基礎(chǔ)制造業(yè)水平仍然較低，受制造和系統(tǒng)集成技術(shù)所限，在制造和應(yīng)用高精度微動(dòng)機(jī)器人方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外仍有相當(dāng)大的差距，從總體上說(shuō)還處于起步階段。在精密機(jī)械和生物工程及醫(yī)學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中,不可避免的要對(duì)各種微小器件作出各種操作，目前通用的做法是在顯微鏡下由手動(dòng)操作完成，但是手動(dòng)操作存在著勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，與操作者經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)度大等缺點(diǎn),很容易造成操作失敗，并且很多系統(tǒng)功能單一成本高。5) 采用一定的方式(聲、光、力) 將操作的接觸力等傳遞給操作者。最后，在結(jié)論部分對(duì)所作的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)也對(duì)以后的研究工作提出一些展望。3) 由于操作對(duì)象小, 以下時(shí),用肉眼很難看清其形狀、位姿, 系統(tǒng)必須配有顯微鏡實(shí)現(xiàn)微細(xì)作業(yè), 顯微鏡的視野大小決定系統(tǒng)的作業(yè)空間, 機(jī)構(gòu)應(yīng)保證操作對(duì)象始終在顯微鏡的視野中。微動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)由電動(dòng)操作臂和電動(dòng)微操作平臺(tái)兩部分組成。把處于顯微鏡景深范圍以內(nèi)的區(qū)域稱為“清晰區(qū)”,處于顯微鏡景深范圍以外,圖像雖然模糊,但大概可以分清背景和操作對(duì)象的區(qū)域,稱為顯微鏡的“像感區(qū)”,如果繼續(xù)向離焦方向移動(dòng),景象會(huì)變得完全不可識(shí)別,操作場(chǎng)景和背景圖22 基于顯微視覺(jué)反饋控制的微裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖完全不可分辨,稱為“無(wú)像區(qū)”。根據(jù)操作對(duì)象的不同，各顯微視覺(jué)系統(tǒng)的組成雖略有不r同，但均是在上述幾方面基礎(chǔ)上構(gòu)建的。實(shí)際操作中，上位機(jī)監(jiān)控程序通過(guò)接收鍵盤(pán)輸入命令或程序自動(dòng)執(zhí)行命令，將其轉(zhuǎn)換為操作手運(yùn)動(dòng)指令后由RS232 接口轉(zhuǎn)發(fā)給操作器。微動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下特征：1．工作臺(tái)應(yīng)具有較高的幾何精度，即顛擺、滾擺和搖擺誤差要小，還應(yīng)具有較高的精度穩(wěn)定性；工作臺(tái)的支承或?qū)к墤?yīng)無(wú)機(jī)械摩擦和間隙，具有較高的位移分辨率，以保證高的定位精度和重復(fù)精度，同時(shí)還應(yīng)滿足工作行程,系統(tǒng)精度應(yīng)在微米與亞微米之間。由于微操作領(lǐng)域還在不斷發(fā)展，微操作任務(wù)經(jīng)常是復(fù)雜和難以預(yù)見(jiàn)的，目前的微執(zhí)行器的工作范圍有限，功能單一，單獨(dú)采用一種工具很難適應(yīng)微操作要求。由于顯微視覺(jué)系統(tǒng)的視野的局限，所以很難對(duì)微動(dòng)平臺(tái)在整個(gè)微裝配空間中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效的觀測(cè)和跟蹤，因此微動(dòng)平臺(tái)視覺(jué)伺服控制策略的選擇與設(shè)計(jì)就有別于一般面向目標(biāo)跟蹤的視覺(jué)伺服系統(tǒng)，它具有以下一些特點(diǎn)：（1）對(duì)于機(jī)械手運(yùn)動(dòng)和控制速度的要求不高；（2）微動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)的行程是比較小的；（3）微動(dòng)控制對(duì)于環(huán)境參數(shù)的變化以及其他一些隨機(jī)擾動(dòng)的變化非常敏感，它要求控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)具備較好的魯棒性；為了實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的微動(dòng)控制過(guò)程，基于圖像的視覺(jué)伺服控制策略應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：1）根據(jù)圖像特征的變化引導(dǎo)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到顯微視覺(jué)系統(tǒng)的視野中；2）由其中一方向的深度信息控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到成像焦平面（即動(dòng)平面）；3）依照目標(biāo)在圖像空間中的位置控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的微動(dòng)運(yùn)動(dòng)；整個(gè)系統(tǒng)的視覺(jué)伺服流程圖（如圖27所示）。實(shí)質(zhì)上是一段能夠被計(jì)算機(jī)還原顯示和輸出為一幅圖像的數(shù)字碼。數(shù)字圖像處理技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域其中最突出的臨床應(yīng)用就是超聲、核磁共振、CT技術(shù)等。利用圖像處理的模式識(shí)別等技術(shù)，可以應(yīng)用在監(jiān)控、指紋識(shí)別、腳印識(shí)別，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像自動(dòng)跟蹤等。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。因此，對(duì)圖像分割的研究還在不斷深入之中，是目前圖像處理中研究的熱點(diǎn)之一。用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處琿的前提是圖像必須以數(shù)字格式存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，以數(shù)字格式存放的圖像稱為數(shù)字圖像(digital image)。結(jié)合人眼對(duì)灰度的感覺(jué)，如果相鄰兩個(gè)物體目標(biāo)灰度相差比較小，超過(guò)人眼對(duì)灰度差的感知能力，人眼就無(wú)法