机器视觉实验报告.docx

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1、机器视觉试验报告名目一试验名称2二试验设施2三试验目的2四试验内容及工作原理2（一）kinect for windows2（二）手持式自定位三维激光扫描仪3（三）柔性三坐标测量仪9（四）双面结构光10总结与展望14参考文献16机器视觉试验报告一、试验名称对kinect for windows三维激光扫描仪、柔性三碓标测量仪和双面结构光等设施结构功能的熟识。二、试验设施kinect for windows三维激光扫描仪、柔性三坐标测量仪、双面结构光。三、试验目的让同学们对机器视觉平常所使用的仪器设施以及机器视觉在实际运用中的详细实现过程有肯定的了解。熟识各种设施的结构功能和操作方法，以便于进行二

2、次开发。其次，深化同学们对机器视觉系统的熟识，拓宽同学们的学问面，以便于同学们后续的学习。四、试验内容及工作原理（一） kinect for windows. Kinect 简介Kinectfor Xbox 360,简称Kinect,是由微软开发，应用于Xbox360主机的周边设施。它让玩家不需要手持或踩踏掌握器，而是使用语音指令或手势来操作Xbox360的系统界面。它也能捕获玩家全身上下的动作，用身体来进行嬉戏，带给玩家“免掌握器的嬉戏与消遣体验2022年2月1日，微软正式发布面对Windows系统的Kinect版本“Kinect forWindows o2 .硬件组成Kinect有三个镜头

3、，如图1-1所示。中间的镜头是RGB彩色摄影机，用来采集彩色图像。左右两边镜头则分别为红外线放射器和红外线CMOS摄影机所构成的3D结构光深度感应器，用来采集深度数据（场景中物体到摄像头的距离）。彩色摄像头最大支持1280*960辨别率成像，红外摄像头最大支持640*480成像。Kinect还搭配了追焦技术，底座马达会随着对焦物体移动跟着转动。Kinect也内建阵列式麦克风，由四个麦克风同时收音，比对后消退杂音，并通过其采集声音进行语音识别和声源定位。图1-13 . Kinect应用开发汇总1）虚拟应用Kinect试衣镜，这款基于kinect体感技术的奇妙的试衣镜，让客户可以快速的试穿衣服,提

4、高销售效率和企业形象。2） 3D建模3D摄像机，用两个KINECT实现3D摄像机的基本效果。雕塑工具，立等可取Kinect成街头快速人像雕塑工具，采用Kinect对人体进行3D建模，然后依据人体的3D信息，连接相应的塑模设施，塑造出人体塑像。3）机械掌握用Kinect操控遥控直升机。Kinect Robo,使用Kinect作为机器人的头，通过kinect检测四周环境，并进行3D建模，来指导机器人的行动。4）虚拟消遣Kinect破解“初音”，将体感掌握应用到漫画人物初音上。Kinect破解玩光剑，Kinect检测玩家的动作，虚拟出光剑的影像，与之随动。5）计算机相关应用Kinect手势操作扫瞄器

5、，通过Kinect手势对扫瞄器进行翻页，下拉，放缩等操作。6）虚拟试验Kinect蜡笔物理，使用Kinect手势绘图，通过体感掌握所绘图形，并使之具有物理特性,比如重力，吸引力等。此外，它还具有检测识别人的表情，采用骨架跟踪技术仿照人的动作，还可以完成物体的测距等其他功能。（二）手持式自定位三维激光扫描仪1 .三维激光扫描仪简介手持式自定位三维扫描仪的外观叫如图2-1所示。三维激光扫描仪其结构和组成包括：相机、LED发光灯以及触发器等，其结构组成，如图2-2所示。图21三维扫描仪的外观相机（2个）杳看点及接收激光r字激光发射口触发器LED发光点（8个）屏闭外界光线干扰注离尺LED发光点（3个）

6、“记求“LED发光点说明正在接收数据说明打描头与1代的跑离电源LED发光点说明系统状态预览按钮显不卜字激光线但不扫描ot图1.1扫描头描述图2-2三维扫描仪的结构2 .手持式三维扫描仪功能创建物体几何表面的点云（point cloud）,这些点可用来插补成物体的表面外形，越密集的点云可以创建更精确的模型（这个过程称做三维重建）。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上粘贴材质贴图，亦即所谓的材质印射（texture mapping）0在工业中主要用于逆向工程，在文物修复也起到至关重要的作用。3 .手持式三维扫描仪的优点1）高辨别率：检测每个细节并供应极高的辨别率。2）高精度：供应无可

7、比拟的高精度，生成精密的3D物体图像。3）非接触式检测：非接触检测不会对物体造成损伤。4）双扫描模式：用户可使用安装在设施顶部的按钮在正常和高辨别率扫描模式之间切换。正常辨别率对于大型部件和动态扫描非常有用，而高辨别率专用于要求严格的简单表面。4 .手持式三维扫描仪的缺点造价比较高，三维重建过程中会存在肯定的误差，遮挡部分无法扫描出来。5 .扫描软件的介绍三维杳看器VXSCAN扫描软件的界面，如图2-3所示。菜单I：具栏 田 3PDUzig S4t4mbRe59O OX3g图2-3 VXSCAN扫描软件的界面eco6 .扫描方法1）工件预备贴点定位 反光点必需以最小20毫米随机地粘贴于工件表面

8、。假如表面曲率小，距离可以达到100毫米。这些反光点使得系统可以在空间中完成自定位。定位点粘贴时必需离开边缘12毫米以上。下面，这是合适的点分布样例，如图2-4,图2-5所示。OOOOO 20 mm minimum /100 mm maximum图2-4合适的定位点布避开线形排列或有规律地分布却/0/./图2-5不适合的定位点分布参考系配件插入参考系时要用到可以被VXSCAN自支识别的参考系配件。2）启动扫描软件/VXSCAN点击桌面上或开头菜单里的VXSCAN图标快捷方式启动VXSCAN应用程序。3）调整表面设定在菜单中点击View-Surface,或点击树状图中的面节点/Surface,则

9、消失下面的扩展面板，如图26所示。Surface Details3.54 MegavoxelsDimensions : (700 x 700 x 700 ) mmVoxel Size :(2.73 x 2.73 x 2,73 ) mm图2-6 Surface模式扩展面板4）配置传感器/Configuring the sensor配置激光强度与相机快门速度依据扫描的状况而定（工件的材质、光线、颜色、结构）,配置窗口，如图2-7所示。q VxScan Sensor ConfigurationLaser 2，0.3% 98.7% 02% Under Exposed HReliable fl Satu

10、ratedReliableISaturatedShutterpCurrent Value: 2.0 Milliseconds图2-7传感器配置窗口5） 调入定位点/Importing positioning targets在VXSCAN中只可以辨识HANDYSCAN 3D定位点，其他反光点不行用。调入的资料必需由三个座标值阵列（X/Y/Z）组成，座标值为反光点的中心位置。被调入的反光点会以圆状呈现，由于VXSCAN并不能确定它们的方向。在扫描时，它将采用这些中心来辨识模型添加为正常的面。6）获得数据/Acquiring data确点击菜单中scan-Record Scan,或f点击工具栏中；，

11、eord Scsr来开头扫描。用一只手拿起扫描头距离被扫描物约300毫米。让十字激光总是照在被扫描物上，可以按下扫描头上的preview按钮先行预览。7）合适的扫描距离距离计量器扫描时，会在三维查看器左侧消失一个条状计量器来说明扫描头与被扫描物之间的距离，扫描头顶上的三个LED发光点（红、绿、红）也同样是一个距离计量器，可参阅下面图 2-8,图 2-9。图2-8合适距离时距离计量哭及扫描头的指示图2-9距离过远时距离计量器与扫描头的指示8）编辑扫描数据设定微面模式，删除被扫描工件的局部。点击菜单中View-Facets或树状图中的Facets节点，通过点击Edit Facets按钮来选择编辑模

12、式。9）保存结果采用“Save session”选项来保存整个扫描以备以后在VXSCAN中进行编辑。这样保存的数据最为完整，并可以被恢复和再调入进行连续扫描。()柔性三坐标测量仪1.结构组成包括机械臂，球探针、支架探针末端组件位于离基座最远的那个点。该组件可自由旋转，带有两个掌握按钮(红色和绿色)以及两个圆形LED指示灯，可为用户供应视觉反馈。该组件用于探针和手柄附件的连接。结构组成，如图3-1所示图3-1柔性三坐标测量仪结构组成2.功能可以关心生产制造企业通过现场检测、设施认证、CAD-to Part分析等即可轻松验证产品、品质，甚至可以进行逆向开发。检验，逆向工程，CAD数模分析，以及任何

13、需要硬侧头接触式测量的高精度检测。此外，测量仪的探针具有自动补偿的功能，可以提高测量的精度。3.测量的实现柔性三坐标测量仪可以以面来进行测量，也可以以线来进行测量。首先选择测量的模式，然后开头取样点，取到的点经确认过后才输入系统，将数据进行保存，由软件导出测量的模型。留意：测量过程中要留意测量臂的弯曲程度，测量臂有肯定的工作空间范围，超过范围即报警提示，如图3-2所示。E09-05-ll-08727 -参考渠挎器图3-2 Edge限位警告（四）双目结构光1 .结构组成双面结构光由两台摄像机和一台投影设施组成，分别负责数据的采集和格雷码的投影。其组成，如图4-1所示。2 .原理单日结构光视觉系统

14、的大致原理：是通过三角原理（线、面求交）求解空间点的坐标。如图4-2所示测量方法：首先，投影设施投射格雷码光束，光束打在物体上，其效果，如图4-3所示。然后不断将光束细化，依次投射格雷码图像（如图4-4所示）、相移图像至空间场景中。再进行数据处理分析，由结构光系统的标定结果和测量图片，求解各个像素点对应的空间坐标。再进行后续点云的处理：a、单次测量：去除离群点、点云的网格化。b、物体重建：依次确定各个视点位置，对不同视点下的数据进行配准和拼接。最终得到物体模型，如图4-5所J O投影设备YuV图4-2单目结构光视觉系统的大致原理图4-3投射光束到物体图4-4细化后的格雷码图像图4-5物体模型总结与展望机器视觉是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科.机器视觉主要采用计算机来模拟人或再现与人类视觉有关的某些智能行为，从客