廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院　陸嘯天　王欽若

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基于HALCON的機(jī)械手視覺定位的軟件設(shè)計(jì)

廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院陸嘯天王欽若

本文設(shè)計(jì)一個(gè)利用HALCON軟件提供的算子進(jìn)行邊緣提取并能定位工件的軟件，同時(shí)該軟件能夠調(diào)節(jié)視覺識(shí)別的參數(shù)，具有通信功能，把處理識(shí)別后工件的坐標(biāo)等信息發(fā)送給其他系統(tǒng)。利用VC++完成軟件人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，經(jīng)調(diào)試可完成實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，可達(dá)到生產(chǎn)要求精度。

HALCON；視覺定位

1.引言

機(jī)器視覺技術(shù)給傳統(tǒng)工業(yè)帶來深刻變革，裝備視覺設(shè)備的機(jī)器人系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于食品加工等領(lǐng)域，使識(shí)別定位物體的過程更加自然，簡化系統(tǒng)，這對(duì)于降低成本，簡化設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程都有莫大的好處。

2.軟件整體框架

框架如圖1所示，視覺定位處理線程是由圖像處理軟件HALCON導(dǎo)出的C++代碼，使用線程較靈活方便識(shí)別多個(gè)物體。PC機(jī)的GUI是為此線程服務(wù)的，利用TCP/IP協(xié)議的Socket套接字與其他系統(tǒng)通訊。

圖1　

3.軟件各模塊設(shè)計(jì)

本軟件基于VC++、MFC和HALCON，MFC封裝了各種API函數(shù)，HALCON跨平臺(tái)支持C/C++，故VC++結(jié)合MFC和HALCON開發(fā)此軟件，軟件中定義的類如下：CVisionControllerDlg類為主界面類，包含：ParamDLg類是攝像頭參數(shù)設(shè)置類，有閾值、區(qū)域提取面積、模板放縮比等；ConnSetDlg類負(fù)責(zé)攝像頭設(shè)置，包含攝像頭名稱、匹配方式；ResultDlg類顯示識(shí)別數(shù)據(jù)，有幀率，幀時(shí)長，物體坐標(biāo)，匹配度等；SockSever類負(fù)責(zé)與PC機(jī)通訊；HalconCamera_setdata類，負(fù)責(zé)存放處理參數(shù)；HalconCamera_outdata類，負(fù)責(zé)輸出結(jié)果。

圖2　

圖3　

圖4

3.1主界面設(shè)置模塊

如圖2所示，可選擇一個(gè)或兩個(gè)攝像頭。匹配方式有：導(dǎo)入現(xiàn)有模板，從程序中加載在HALCON中調(diào)節(jié)好參數(shù)的模板；現(xiàn)場創(chuàng)建模板，畫好識(shí)別區(qū)域再匹配。網(wǎng)絡(luò)設(shè)置：采用TCP/IP協(xié)議，Socket編程，設(shè)置IP端口后，可以向其他系統(tǒng)發(fā)送輸出界面模塊中的數(shù)據(jù)。

3.2　攝像頭參數(shù)設(shè)置模塊

如圖3所示，根據(jù)選擇的相機(jī)，調(diào)節(jié)二值化參數(shù)，可以讓圖像顯示更多細(xì)節(jié)；改變區(qū)域提取面積可以識(shí)別不同面積的物體；模板放縮比可調(diào)節(jié)目標(biāo)的尺寸；改變匹配分?jǐn)?shù)可提高目標(biāo)匹配度。

3.3數(shù)據(jù)輸出界面模塊

如圖4所示，輸出攝像頭處理結(jié)果：幀率、幀時(shí)長、識(shí)別物體的中心坐標(biāo)、匹配度、縮放比、與模板偏移的角度。

3.4視覺處理模塊

待上述設(shè)置完成后，打開攝像頭，進(jìn)入視覺處理模塊，由HALCON程序?qū)С龅腃++代碼編寫，一個(gè)攝像頭對(duì)應(yīng)一個(gè)視覺處理線程，避免數(shù)據(jù)干擾。視覺識(shí)別定位流程如圖5所示：

圖5　

其中：

（1）圖像處理（邊緣提取）代碼如下，得到圖像Edgezoom，

read_image（Image1，path）//讀取圖像

zoom_image_size（Image，Zoom，width，height，'constant'）//設(shè)置圖像寬與高

rgb1_to_gray（Zoom，GrayImage）//轉(zhuǎn)成灰度圖

highpass_image（GrayImage，Highpass，Width，Height）//高通濾波

sobel_amp（Highpass，Edge，'sum_abs'，5）//邊緣提取

region_to_bin（Edgezoom，BinImage，255，0，Width，Height）//轉(zhuǎn)為黑白圖像，便于識(shí)別

（2）識(shí)別定位

根據(jù)主界面中的匹配方式實(shí)現(xiàn)定位操作，使用HALCON函數(shù)：get_shape_model_contours：獲取模板輪廓，find_scaled_shape_models：查找匹配輪廓，模板匹配過程：

4.結(jié)論

本文利用HALCON機(jī)器視覺軟件包研究了圖像識(shí)別定位物體的

技術(shù)，并利用該技術(shù)為基于HALCON機(jī)械手視覺識(shí)別定位設(shè)計(jì)開發(fā)了軟件，具有人性化操作界面，經(jīng)調(diào)試可完成實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，可達(dá)到精度要求。

［1］王彥，傅衛(wèi)平，袁國文，等.工件自動(dòng)視覺定位識(shí)別系統(tǒng)研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2009（8）:80-83.

［2］王紅濤，傅衛(wèi)平，康業(yè)娜.工件圖像識(shí)別的邊緣匹配方法研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2008（5）:986-991.

［3］潘武，張莉彥，徐俊成.基于機(jī)器視覺的工件的在線檢測(cè)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2012（7）:75-78.

陸嘯天（1992—），男，江蘇啟東人，碩士研究生，現(xiàn)就讀于廣東工業(yè)大學(xué)，主要研究方向：現(xiàn)代自動(dòng)化裝備與控制技術(shù)。

王欽若（1958—），男，海南儋縣人，碩士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：機(jī)電一體化，現(xiàn)代自動(dòng)化裝備與控制技術(shù)。