【正文】 且成功率高。微夾鉗的最大開口變化量為 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 25 三 自由度微操作手結(jié)構(gòu) 圖 26 壓電雙晶片微夾鉗 由于壓電陶瓷具有結(jié)構(gòu)緊湊、分辨率高、響應(yīng)快、無摩擦等優(yōu)點(diǎn)，目前由壓電元器件驅(qū)動(dòng)的微夾鉗比較普遍。實(shí)際操作中，上位機(jī)監(jiān)控程序通過接收鍵盤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。 微操作手具備 XYZ 三個(gè)平移自由度的輔助操作手，其運(yùn)動(dòng)行程 為20mm20mm20mm ，定位精度為 5μm ，由 Nikon/NARISHIGE 微操作器MO188NE改造而成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便的特點(diǎn)。如果機(jī)器人作戰(zhàn)平臺(tái)圍繞環(huán)境物體移動(dòng)，可以建立物體三維模型 。 首先利用立體靶標(biāo)對(duì)兩個(gè) CCD 相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，用 CCD 相機(jī)采集環(huán)境物體的圖像，接著對(duì)采集到的圖像進(jìn)行濾波和特征提取，然后進(jìn)行圖像的立體匹配，最后計(jì)算出三維世界坐標(biāo)，得到物體的三維點(diǎn)云圖數(shù)據(jù) 。 根 據(jù)操作對(duì)象的不同，各顯微視覺系統(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。 將視覺信息作為反饋參與伺服控制形成視覺控制系統(tǒng)，可以提高微操作機(jī)器人系統(tǒng) 的精度，而且視覺系統(tǒng)還可以作為微操作機(jī)器人系統(tǒng)不可缺少的觀測(cè)手段，所以顯微視覺系統(tǒng)是微操作機(jī)器人的一個(gè)重要組成部分。 系統(tǒng) （參見圖 23） 由顯微視覺分系統(tǒng)、左右精密三維微定位臺(tái)、末端微執(zhí)行器、操縱單元和控制用計(jì)算機(jī)等模塊構(gòu)成。一般的基于數(shù)字圖像處理的顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦算法 ,研究 的都是從“像感區(qū)”到“清晰區(qū)”的問題 ,對(duì)于大范圍的微操作而言 ,還要考慮“無像區(qū)”到“清晰區(qū)”的問題。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 第 2章 微動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及原理 9 圖 22 基于顯微視覺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“無像區(qū)”。被觀測(cè)的物體置于物鏡前面 ,經(jīng)光路系統(tǒng)放大后 ,形成一個(gè)放大的實(shí)像 ,投射在目鏡后面的 CCD 靶面上 ,最終形成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別處理的顯微數(shù)字圖像。 微動(dòng)控制系統(tǒng)原理 微動(dòng)控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)及原理 該系統(tǒng)采用的是計(jì)算機(jī)視覺反饋完成微裝配作業(yè)的 ,在裝配過程中的微觀領(lǐng)域場(chǎng)景信息是先由顯微鏡放大 ,然后經(jīng)過 CCD 攝像頭形成顯微數(shù)字 圖像送入計(jì)算機(jī) （參見圖 22） 。電動(dòng)微操作平臺(tái)由電動(dòng)載物臺(tái)，電動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)和電動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器組成，主要用于為顯微視覺 系統(tǒng)提供硬件支持，所有用于變換顯微視野的操作都由它來完成。 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。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 顯微視覺 是 由 CCD 攝像頭、光 學(xué)顯微鏡或者電子顯微鏡構(gòu)成的 ，所以 顯微視覺就成為 了 微操作過程中信息獲取的主要手段。 真空微夾是根據(jù)真空吸附原理設(shè)計(jì)而成的，該裝置由玻璃吸管、真空單元和控制單元三部分組成。 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 。 第 2章 微動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及原理 7 3) 由于操作對(duì)象小 , 特別是在 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) 特點(diǎn) ： 1) 由于操作對(duì)象的幾何尺寸 比較 小 , 在操作過程中 , 靜電力 、 摩擦力 、表面張力等其主要作用 , 即微觀操作的尺度效應(yīng) 。微裝配機(jī)械手由三維微動(dòng)平臺(tái)和遙控手桿組成，由 DSP多軸運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的位置與速度控制。微動(dòng)控制 是集機(jī)械 ,材料 ,電子 ,控制以及計(jì)算機(jī)等多學(xué)科為一體的綜合應(yīng)用技術(shù) ， 采用微操作機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)微動(dòng)控制系統(tǒng) 的重要手段 ， 系統(tǒng)要求機(jī)器人能夠快速的移動(dòng)到被操作目標(biāo)附近 ,而在關(guān)鍵部位還要 實(shí)現(xiàn)微米級(jí)或亞微米的運(yùn)動(dòng)和定位精度 ； 要求機(jī)器人在快速運(yùn)動(dòng)的同時(shí) ,具有精確的位移檢測(cè)等 ,這些對(duì)機(jī)器人的制造及控制理論提出了更高的要求 。 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。 第 3 章 是課題相關(guān)的理論與數(shù)學(xué)知識(shí) ,在這章里，著重介紹了如何進(jìn)行圖像處理的相關(guān)知識(shí)，還重點(diǎn)介紹了雙目視覺系統(tǒng)如何建模，同時(shí)也對(duì)仿真時(shí)所要涉 及的 MATLAB 仿真做了說明。 論文具體安排如下： 第 1 章第一章是緒言部分，主要介紹了本論文的課題背景發(fā)展進(jìn)行說明 ,對(duì)論文的章節(jié)內(nèi)容做了安排。 第 1章 緒論 5 本文研究?jī)?nèi)容 本文 基于微動(dòng)控制平臺(tái)進(jìn)行的圖像處理研究，主要的研究?jī)?nèi)容是對(duì)左右兩幅圖像進(jìn)行立體匹配研究。 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 。 3) 由于操作對(duì)象小 , 特別是在 0. 5mm 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) 特點(diǎn) ： 1) 由于操作對(duì)象的幾何尺寸小 , 在操作過程中 , 靜電力 、 摩擦力 、 表面張力等其主要作用 , 即微觀操作的尺度效應(yīng) 。但是 ,由于目標(biāo)的多樣性 ,如果要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)微操作，就要求系統(tǒng)必須具備較高的性能以適應(yīng)多種目標(biāo)，同時(shí)又要求微操作器件在對(duì)目標(biāo)操作時(shí) ,使用的力量不能很大以免破壞目標(biāo)或系統(tǒng)器件。 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，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。生物技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?， 才能真正發(fā)揮它的潛力。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 (3)由于采用液壓或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)定位和控制，注射介質(zhì)可壓縮性和溫度變化等 陰 素對(duì)操作精度有影響。操作模式以手動(dòng)調(diào)節(jié)和遙控式為主，無法自動(dòng)完成復(fù)雜的微操作，操作的效率和精度受人為因素的影響。由于我國基礎(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，國內(nèi)產(chǎn)品與國外仍有相當(dāng)大的差距，從總體上說還處于起步階段?？偟膩碚f，國外的微動(dòng)控制系統(tǒng)研究涉及面廣、工藝較為先進(jìn)，且體現(xiàn)了一種集成化的趨勢(shì)。 微動(dòng)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 對(duì)于微動(dòng)控制系統(tǒng)的研究，在國外起步是比較早的，以美、日、歐為代表的發(fā)達(dá)國家由于科技基礎(chǔ)較好，因此取得了比較好的成績(jī)。其中代表性的成果是 70年代末 MIT的 Marr提出的視覺計(jì)算理論，這個(gè)理論成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域后來十多年的主導(dǎo)思想。人們已經(jīng)開始研究如何用計(jì)算機(jī)解釋圖像，實(shí)現(xiàn)類似人類的視覺系統(tǒng)來理解外面世界，這種技術(shù)被稱為圖像理解或計(jì)算機(jī)視覺。與此同時(shí)，圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域也受到了廣泛重視并取得了重大的開拓性的成就，這些領(lǐng)域的有航空航天、生物醫(yī)學(xué)過程、工業(yè)檢測(cè)、機(jī)器人視覺、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等，使圖像處理成為了一門引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。 1975 年 EMI 公司又成功研制出了全身用的 CT 裝置，獲得人體各個(gè)部位清晰鮮明的斷層圖像。 1972 年英國 EMI 公司工程師 Housfield 發(fā)明了用于頭顱診斷的 X 射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，也就是我們通常所說的 CT（ Computer Tomograph）。 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。他們成功的對(duì)航天探測(cè)器徘徊者 7 號(hào)在 1964 年發(fā)回的數(shù)千張?jiān)虑蛘掌褂昧藞D像處理技術(shù)，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等處理方法，并考慮了太陽位置和月球環(huán)境的影響，用計(jì)算機(jī)成功地繪制出月球表面圖片，最終獲得了巨大的成功。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 圖像處理及微動(dòng)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 圖像處理研究現(xiàn)狀 數(shù)字圖像處理技術(shù)又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，它是指把圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并且利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理的過程。 80 年代的時(shí)候美國麻省理工學(xué)院人工智能實(shí)驗(yàn)室的 Marr 提出了一種視覺計(jì)算理論并成功的應(yīng)用在雙睛匹配上，使兩張有視差的平面圖成功產(chǎn)生在深度的立體圖形中，就此奠定了雙目立體視覺發(fā)展的理論性基礎(chǔ)。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，以改善人的視覺效果為目的。 數(shù)字圖像處理最早是出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 50 年代，當(dāng)時(shí)的電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平，那時(shí)候人們就已經(jīng)開始利用計(jì)算機(jī)來處理圖形和圖像等信息了。 圖像處理的基礎(chǔ)是數(shù)字處理，而主要任務(wù)就是進(jìn)行各種算法設(shè)計(jì)還有算法實(shí)現(xiàn)。 binocular stereo vision III 目 錄 摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 第 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 課題背景 .............................................................................................. 1 圖像處理及微動(dòng)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 ................................................... 2 圖像處理研究現(xiàn)狀 ......................................................................... 2 微動(dòng)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 ................................................................. 3 本文研究?jī)?nèi)容 ....................................................................................... 5 第 2 章 微動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及原理 ................................................................ 6 微動(dòng)控制平臺(tái)的組成 ........................................................................... 6 微動(dòng)控制系統(tǒng)原理 ............................................................................... 8 微動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理 ............................................................. 8 微動(dòng)控制系統(tǒng)控制要求和目標(biāo) ................................................... 12 微動(dòng)控制系統(tǒng)常用策略 ............................................................... 14 本章小結(jié) ............................................................................................. 15 第 3 章 圖像處理原理 ...................................................................................... 16 圖像處理介紹 .................................................................................... 16 ..................................