【正文】 李偉 2021 年六月于哈理工 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 參考文獻 1 王建軍 ， 李剛園 . 基于 RFID 技術(shù)的郵件分揀模式設(shè)計 . 上海第二工大學(xué) . 2021 年 2 月 :1~4 2 啟明工作室 . Visual C++ + SQL server 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用實例完全解析 . 人 民郵電出版社 . 2021 年 4 月 : 99~138 3 啟明工作室 . Visual C++ +SQL server 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與實例 . 人民郵電出版社 . 2021 年 7 月 : 276~328 4 梁建武 ， 陳英 . Visual C++程序設(shè)計實驗指導(dǎo)與實訓(xùn) . 中國水利水電出版社 . 2021 年 7 月 : 1~44 5 杜榮 . 基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)的研究 . 南京林業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 . 2021 年 6 月 : 6~60 6 賀地求 ， 龔天軍 ， 廖平 . 基于射頻識別技術(shù)的零件分揀系統(tǒng) . 中南大學(xué) . 2021 年 7 月 : 1~4 7 王永亮 . 基于視頻的集裝箱號碼識別方法的研究與實現(xiàn) . 大連海 事大學(xué)碩士學(xué)位論文 . 2021 年 6 月 : 6~52 8 楊公建 ， 劉 勇 ， 韓建松 ， 霍華 . 室內(nèi) RFID 網(wǎng)絡(luò)跟蹤算法研究 . 計算機工程與運用 . 2021. 46（ 36） : 1~6 9 黃己酉 . 基于單片機的條形碼識別系統(tǒng)在倉儲管理中的應(yīng)用 . 華東交通大學(xué) : 1~2 10 焦恩璋 ， 杜榮 . 工業(yè)機器人分揀技術(shù)的實現(xiàn) 、 控制與檢測 . 1001—2265(2021)01— 0084— 04: 1~5 11 Lei zhang, Wei xing Su, Kun yuan Hu, Lian bo Ma. Design of a Cigarette Sorting System Based on RFID Technology. IEEE. 2021 年 : 1~5 12 張鵬 ， 沈敏德 ， 范維華 . 基于 Profibus— DP 的塔式卷煙自動分揀機的設(shè)計應(yīng)用 . 煙草科技 . 2021. 第 3 期 : 1~3 13 Ting Zhang, Yuan xin, Ou yang, Chao, Li, Zhang, Xiong. A Scalable RFIDBased System for LocationAware Services. IEEE. 2021: 1~7 14 田景賀 ， 范玉順 ， 朱云龍 ， 胡琨元 . 基于 RFID 的煙草物流分揀系統(tǒng)設(shè)計 . 儀器儀表學(xué)報 . 2021 年 6 月 . 第 27 卷第 6 期增刊 : 1~5 15 袁阿勇 . 新型智能化貨。 衷心感謝所有曾關(guān)心我、幫助我的師長、朋友和同學(xué)們，你們使我在哈爾濱理工大學(xué)求學(xué)經(jīng)歷更加美好，終生難忘。在此衷心祝愿各位老師工作順利、合家歡樂 ! 在 各位同學(xué) 默契配合和大力支持 下， 我順利完成了學(xué)士 學(xué)位 論文。在即將畢業(yè)之際，首先衷心感謝各位任課 老師 幾 年來在 學(xué)習(xí)、生活上給予的指導(dǎo)和關(guān)懷，其中要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師 李善強老師 ， 從課題的確定到研究方法的選擇都給了我極大的幫助。 在系統(tǒng) 軟硬件結(jié)合方面，由于客觀條件所限 ， 本文給出了系統(tǒng)的模擬運行過程并為 這部分預(yù)留了相關(guān)接口 ， 后續(xù)工作應(yīng)該在條件允許的前提下完全 實現(xiàn)這部分。 本文采用 Moto32 控制機器人運動，但是 Moto32 使用并非 特別方便，并且只可適用于 Motoman 機器人。如果采用立體視覺相關(guān)算法，系統(tǒng)將能自動適應(yīng)高度未知的目標(biāo)，因此后續(xù)可研究立體視覺算法。 對后續(xù)工作的展望 軟件數(shù)據(jù)測試方面 ，由 于條件所限測試數(shù)據(jù) 數(shù)量較少，為了加強系統(tǒng)穩(wěn)定性，后續(xù)工作應(yīng)該采用大數(shù)據(jù)量對系統(tǒng)進行檢測和改進。 本文研究了系統(tǒng)硬件部分用到的一些算法。 本文研究了系統(tǒng)主要的硬件設(shè)施。 本文研究了郵件自動分揀系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計與實現(xiàn)。以圖表的形式給出了本系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)并對本系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能給出 了大體的介紹 。因此后續(xù)工作可考慮跳過 Moto32，研究基于運動控制卡的機器人運動控制。 本章小結(jié) 本章主要介紹和研究了系統(tǒng)要用到的一些硬件與算法 并給出了理論上的系統(tǒng)模擬運行 ，由于客 觀條件所限，本文對這些內(nèi)容的研究大部分只限于理論方面，具體應(yīng)用時必然還會遇到一些新問題，這就需要后續(xù)的研究人員來解決。若機器人啟動成功系統(tǒng)將以此往復(fù)直至郵件分類撿取完畢。登陸成功后點擊系統(tǒng)設(shè)置模塊的開始運行和郵件信讀取數(shù)據(jù) 登陸 RFID 閱讀器 自動輸入 手動輸入 暫停運行 啟動相機 退出系統(tǒng) 機器人 抓取 開始運行 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 息處理模塊的自動運行按鈕后啟動相關(guān)硬件， RFID 閱讀器將自動檢測一段時間內(nèi)有無郵件存在，如果 沒有 ， 系統(tǒng)將自動退出。 系統(tǒng)模擬運行 完成以上軟件設(shè)計和硬件及硬件技術(shù)和算法的研究之后，我們就可以給出 本系統(tǒng)的模擬運行流程圖了，如圖 42 所示。另一方面，如果在 Track 的波門內(nèi)沒有觀測數(shù)據(jù)，則利用預(yù)測技術(shù)將 Track 外推，并形成新的波門。這反映了 MHT 的基本思想：把困難的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)操作推后，等到獲取更多的觀測數(shù)據(jù)后再進行。要求把所有落在波門內(nèi)的扇掃數(shù)據(jù)和相應(yīng)的 Track 都關(guān)聯(lián)起來，暫時不考慮Track 的質(zhì)量。 MHT 的流程可以大體分為兩個步驟：數(shù)據(jù) 關(guān)聯(lián)以及航跡維護。 MHT 算法是由 Reid 于 1979 年首先提出的。對于這些不同的類型的問題，需要不同的分析方法與算法。根據(jù)攝像機和 場景中的目標(biāo)是否運動將跟蹤問題劃分為四種類型：攝像機靜止 目標(biāo)靜止，攝像機靜止 目標(biāo)運動，攝像機運 目標(biāo)靜止，攝像機運動 目標(biāo)運動。目前，背景差分主要有兩個發(fā)展方向；一個方向是對像素過程的建模不斷完善，并不斷發(fā)展快速 算法；另一個方向是在基本背景差算法的基礎(chǔ)上結(jié)合其他信息，提高檢測的魯棒 [11]性 。因此采用背景差分法檢測耳標(biāo)的難點在于背景模型的選擇與背景的更新。如果差值大于一定的閾值，則認(rèn)為發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。 目標(biāo)檢測的方法 有多種，本節(jié)介紹的是基于運動的背景差分法。 目標(biāo)檢測 上一節(jié) 解決 了 目標(biāo)的圖像坐標(biāo)與世界坐標(biāo)之問坐標(biāo)變換的 問題，但是如何確定圖像中哪些部分是目標(biāo)沒 有解決。利用哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 最小二乘法可以很容易求出上述線性方程組的解。如果己知三維世界坐標(biāo)和相應(yīng)的圖像坐標(biāo)，將變換矩陣看作是未知數(shù)，則共有 12個未知數(shù)。 在不考慮畸變的情況下（即理想的透視投影），由攝像機坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)可用下式描述： f 0 0001 0 0 1Xxs Y f yz? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 在圖像處理時常采用的是以像素為單位的圖像坐標(biāo)，所以要將圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到像素坐標(biāo)系，即： 00u 1 / 00 1 /1 0 0 1ud X Xv d Y v YZ?? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 由上述各式可得： 001 / 0 0 0 1 0 0 0s 0 1 / 0 0 0 1 0 0 011 0 0 0 0 1 0 0 1 01 1Xuu d X fR T Yv d Y v fZ???? ? ? ? ? ? ??????? ? ? ? ? ? ???? ???? ? ? ? ? ? ??????? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ?? ?? 不考慮其成像具體過程，我們可將上式簡化為： 1 1 1 41 2 1 32 1 2 2 2 3 2 43 2 3 33 1 2 51 1Xrru r rYs v r r r rZrrrr??????????????????????????? ???? 其中， (X， Y， Z)為空間三維點的世界坐 標(biāo)， (u， v)為相應(yīng)的像素坐標(biāo)， ijr透視變換矩陣的元素。設(shè)空間一點 P（ X,Y,Z）在攝像機坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為（ x,y,z），經(jīng)攝影后在 CCD 圖像平面上成像，設(shè)其像點坐標(biāo)為（ x,y），其圖像像素坐標(biāo)為（ u,v）。它以小孔成像模型為研究對象，忽略具體的中間成像過程，用一個 3 4 階矩陣表示空間物點與二維像點的直接對應(yīng)關(guān)系。 直接線性法簡稱 DLT 法，是由 AbdelAziz 和 Karara 于 1971 年提出的。根據(jù)所采用的數(shù)學(xué)求解方法，可以將標(biāo)定算法 分為：求形式解 (close． formsolution)法、非線性優(yōu)化法與兩步法 。 關(guān)于相機標(biāo)定人們已經(jīng)做了很多研究，提出了多種方法。 相機標(biāo)定技術(shù) 相機標(biāo)定是機器視覺中的重要問題之一。在其它編譯器中使用動態(tài)鏈接庫的方法與此相似 。首先．在“項目設(shè)置”對話框的“對象／庫模塊”輸入框內(nèi)加 入 “ ” 。 Moto32 本質(zhì) 上是一個動態(tài)鏈接庫 (DLL)。然后，庫函數(shù)通過串口或以太網(wǎng)向控制柜發(fā)送指令。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 Motn32 是 日本安川電機公司為其 Motoman 系列機器人提供的軟件開發(fā)工具包 (Software Development Kit)，該 工具 包包含了文件數(shù)據(jù)傳送功能、機器人控制功能、 I／ O 信號讀寫功能等，可供用戶根據(jù)自己的要求和情況，開發(fā)自己 的應(yīng)用程序，靈活實現(xiàn)各自 所需的控制功能。 RFID 系統(tǒng)讀取距離遠(yuǎn)，采用中頻和獨特、復(fù)雜的軟件運 算法則，即使在高強度干擾環(huán)境下也能夠抵抗干擾并確保系統(tǒng)的正常運 [7]行 。當(dāng)同時讀取幾個 RFID 標(biāo)簽時，通過防沖撞技術(shù)，可確保數(shù)據(jù)的完整性。 RFID 閱讀器由幾個部分組成 ：實時處理器、操作系統(tǒng)、虛擬移動內(nèi)存和一個小型的內(nèi)置模塊（內(nèi)含收發(fā)裝置）。 主動式 RFID 構(gòu)成 ： 閱讀器 Reader； 有源標(biāo)簽 Tags。分析師估計， RFID 閱讀器 被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如：制造業(yè)、物流、港口、碼頭、車輛及人員管理等。 本系統(tǒng)計劃采用采用了聯(lián)想 ThinkCenter(Intel P4 3． 0GHz， 2G 內(nèi)存， Windows XP 操作系統(tǒng) )計算機，用于完成圖像采集、處理、各種算法以及機器人控 [5]制 。該圖像采集卡符合系統(tǒng)設(shè)計的豐要要求，兼容RGB， RS170／ CCIR 等視頻格式，能夠采集 6 個攝像頭， 2 個 RGB 攝像頭或 2 個雙通道模擬攝像頭采集：任意視頻掃描，支持外部事件出發(fā)輸哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 入，支持顯示分辨率 2048*2048，自帶 8M 存儲器，具有 3 個 8 位40MhzA／ D 轉(zhuǎn)換器，可用軟件平臺 Windows XP， Windows NT4． 0，Windows 2021。一般來說模／數(shù)轉(zhuǎn)換器件的精度和速度是相互矛盾的，因此如何選擇圖像采集卡也足十分重要的。 圖像采集卡中， A／ D(模擬／數(shù)字 )轉(zhuǎn)換器件是最為重要的器件，特 別是對于實時圖像處理來說，不僅數(shù)據(jù)量大，而且有一定的速度要求。 M0814MP 鏡頭焦距為 f=8mm，焦點手動控制，成像大小適合設(shè)計的要求。焦距直接與鏡頭的視場角相關(guān)。 對鏡頭有兩個基本要求：一個是要求成像比較清晰，另一個就是要求圖像的畸變很小。 本系統(tǒng)采用日本 JAI CVA11 相機拍攝圖像，固 定在天花板上。 CCD 的工作原理是：被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到CCD 芯片上， CCD 根據(jù)光的強弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號，經(jīng)過濾波、放大處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號。 圖 41 系統(tǒng)硬件組成示意圖 CCD 相機 CCD(Charge Coupled Device)攝像機是電荷藕合器件，作為一種光電轉(zhuǎn)換的設(shè)備在現(xiàn)代成像技術(shù)中有著十分重要的作用。傳送帶為可手動調(diào)速．且具有較大的調(diào)速范圍 (0~10m/s) ，方便本文在多種速度下測試分揀系統(tǒng) ，而且一旦 出現(xiàn)讀取失敗傳送帶將自動停止運轉(zhuǎn)以方便手動輸入郵件分揀信息。其中相機和機器人分別 通過傳輸線和 RS232 與計算機相連。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 第 4章 系統(tǒng)硬件部分 本章主要對本系統(tǒng)用到的硬件和相關(guān)的硬件技術(shù)算法進行了研究與介紹。 在實現(xiàn)過程本文基于使用和維護簡便的思想成功實現(xiàn)了郵件信息管理等功能。點