专利名称：嵌入式视觉定位系统的制作方法
技术领域：
本发明属于图像识别技术领域，尤其涉及一种嵌入式视觉定位系统。
背景技术：
图像识别定位技术是目前研究的难点和热点，目前在工业生产应用中，一般都采用功能强大的工控机进行图像识别运算，采用这种方式一是体积大，功耗高，对环境的适应性差，二是成本较高，价格昂贵
发明内容
本发明的目的在于提供一种嵌入式视觉定位系统，旨在解决现有的视觉定位系统定位不准确、成本高的问题。本发明是这样实现的， 一种嵌入式视觉定位系统，所述系统包括控制装置、嵌入式操作系统和视觉功能�？椋渲校隹刂谱爸糜糜诨袢”欢ㄎ煌枷竦幕拘畔ⅲ峁┧銮度胧讲僮飨低车脑诵谢肪常⑶矣胨鍪泳豕δ苣？榻型ㄐ帕樱凰銮度胧讲僮飨低秤糜谔峁┧鍪泳豕δ苣？榈脑诵谢肪常矣胨隹刂谱爸媒型ㄐ帕樱凰鍪泳豕δ苣？橛糜谑迪侄员欢ㄎ煌枷窠型枷裥Ｗ己褪泳醵ㄎ弧＝嫌诺模隹刂谱爸冒ㄖ骰�、显示设备、输入设备、图像采集设备、其中所述主机为所述系统的运算核心和控制核心，用于解释系统指令和处理程序中的数据；所述显示设备用于显示应用程序界面和相关的处理结果；所述输入设备用于操作程序界面和输入数值，所述图像采集设备用于采集图像信息。较优的，所述显示设备为显示屏，所述图像采集设备为工业照相机，所述输入设备为电阻式触摸屏或者电容式触摸屏，所述显示设备、所述输入设备均连接所述主机，所述图像采集设备通过USB连接线与所述主机进行通信连接。较优的，所述视觉功能�？榘ㄊ泳跣Ｗ寄？�、视觉定位�？楹褪泳醪饬磕？椋渲校鍪泳跣Ｗ寄？橛糜诙运鱿低辰邢袼匦Ｗ己突敌Ｗ迹凰鍪泳醵ㄎ荒？橛糜诨袢”欢ㄎ煌枷竦氖泳醵ㄎ蛔辏凰鍪泳醪饬磕？橛糜诓饬勘凰鐾枷癫杉璞覆杉枷竦募负问�。较优的，所述视觉校准�？榘ㄏ袼匦Ｗ寄？楹突敌Ｗ寄？椋渲校鱿袼匦Ｗ寄？橛糜谛Ｗ急欢ㄎ煌枷竦南袼氐阌胧导示嗬胫涞奈恢霉叵担凰龌敌Ｗ寄？橛糜谛Ｗ蓟瞪璞赣氡欢ㄎ煌枷竦幕滴恢�。较优的，所述视觉定位�？榘ù娲⒛？楹褪萜ヅ淠？椋渲校龃娲⒛？橛糜诖娲⑼枷衲０逍畔ⅲ凰鍪萜ヅ淠？橛糜诙匀范ū欢ㄎ煌枷竦亩ㄎ蛔曛�。较优的，所述嵌入式操作系统为嵌入式Linux操作系统。本发明所公开的技术方案，实现了嵌入式视觉定位系统布局简单、定位准确，操作简单，且降低了生产成本。
图I是本发明实施例所提供的嵌入式视觉定位系统的结构框 图2是本发明实施例所提供的视觉定位�？槭迪质泳醵ㄎ患际醯乃惴ㄊ迪种斜凰阉魍糞 (即图像模板)示意 图3是本发明实施例所提供的视觉定位�？槭迪质泳醵ㄎ患际醯乃惴ㄊ迪种心０逋糡(即图像单元)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请参见图1，为本发明实施例所公开的嵌入式视觉定位系统结构框图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。如图I所示，本发明所公开嵌入式视觉定位系统，包括控制装置10、嵌入式操作系统20和视觉功能�？�30，其中，控制装置10用于获取被定位图像的基本信息，提供嵌入式操作系统20的运行环境，并且与视觉功能�？�30进行通信连接；嵌入式操作系统20用于提供视觉功能模块30的运行环境，且与控制装置10进行通信连接；视觉功能模块30用于实现对被定位图像进行图像校准和视觉定位。由图I中可看出，控制装置10包括主机101、显示设备102、输入设备103、图像采集设备104、其中主机为整个嵌入式视觉定位系统的运算核心和控制核心，用于解释系统指令和处理程序中的数据；显示设备102用于显示应用程序界面和相关的处理结果；输入设备103用于操作程序界面和输入数值；图像采集设备104用于采集被定位的图像信息。在本实施例中，主机101为基于Cortex-AS架构的处理器芯片及相关的外围设备；显示设备102为LED显示屏或者液晶显示屏，推荐使用7寸显示屏；所图像采集设备104为工业照相机，工业照相机通过USB连接线与主机101进行通信连接，主机101也通过USB线为工业照相机供电并获取工业相机采集的图像数据。输入设备103为电阻式触摸屏或电容式触摸屏。视觉功能�？�30包括视觉校准�？�301、视觉定位�？�302和视觉测量模块303，其中，视觉校准�？�301用于对被定位图像进行像素校准和机械校准，通常，视觉校准模块301包括机械校准�？楹拖袼匦Ｗ寄？�。视觉定位模块302用于获取被定位图像的视觉定位坐标；视觉测量�？�303用于测量被定位图像几何数值。下面对视觉测量�？�303的工作原理进行阐述。系统利用图像采集设备(比如工业相机)采集图像之后，在操作界面的显示图像的区域上根据测量功能的不同会出现不同数量的测量点。移动这些测量点到操作界面中合适的位置(一般根据要测量的物体位置来放置)后，并将开始执行测量的指令传输给视觉测量�？�303后，视觉测量�？�303会按照以下步骤执行测量的指令
首先获取测量点在操作界面的显示图像上的位置坐标，调用相应的测量功能，计算出其在操作界面的显示图像的几何参数，之后再利用像素校准的结果，将几何参数除以像素解析度即可以得到几何参数对应的物理距离。目前提供有以下几种测量功能
线段两点间的距离。两个测量点的图像 坐标相减，得到这两点在图像上的距离Si，再除以像素解析度就可以得到这两个测量点对应的物理距离；
圆用三个坐标点计算圆的参数，如半径。获取图像上三个测量点的坐标，确保这三个测量点不在同一条直线上，然后调用求圆算法计算出圆的半径。再除以像素解析度即得到该圆半径的物理值；
弧与圆的求解类似，除返回半径外还会返回弧长。平行直线间的距离利用四个测量点，前两个点构成第一条直线，后两个点构成第二条直线，计算两直线是否平行，如果平行，则返回平行直线在图像上的距离，再除以像素解析度得到对应的物理距离；
两直线夹角用四个测量点，前两个点构成第一条直线，后两个点构成第二条直线，计算两直线的夹角。同心圆利用六个测量点，前三个点构成第一个圆(三点不共线)，后三个点构成第二个圆(三点不共线)，计算两圆心的位置，如果圆心位置一致，则计算两圆的半径之差得到同心圆的厚度，否则返回错误信息。像素校准�？榻邢袼匦Ｗ嫉哪康氖腔袢⊥枷裰忻扛鱿袼氐阌胧导示嗬�(实际距离指的是物理距离，即每个像素点代表的物理距离是多少，比如I像素=0. 01mm，在使用时一般用它的倒数，定义为像素解析度，单位是像素每毫米)之间的关系，一般是用于确定每毫米的距离上有多少个像素点；机械校准�？榻谢敌Ｗ嫉哪康氖羌扑愠龉ひ嫡障嗷攵鞯阒行牡木嗬�(比如点胶动作中,动作点中心指的就是点胶头)。只有在经过像素校准和机械校准后，才能准确进行视觉定位。下面以嵌入式视觉定位系统在点胶平台的应用为例，对像素校准和机械校准的过程加以详细的说明。像素校准�？槎员欢ㄎ煌枷竦南袼匦Ｗ脊倘缦缕舳骰泳跣Ｗ汲绦蚧嵋黄鹌舳谎≡瘛笆泳跣Ｗ肌惫δ埽辉谙嗷路椒胖靡话芽潭惹逦某咦樱坏髡嗷氤咦拥木嗬耄雇枷袂逦煌ü僮鹘缑嫒范ū欢ㄎ煌枷竦南嗔谕枷竦ピ幌袼匦Ｗ寄？樽远崛”欢ㄎ煌枷竦牧礁鱿嗔谕枷竦ピ谋咴迪撸⒓锹剂教蹩潭忍踔涞南袼氐闶浚佣玫较袼赜胧导示嗬氲墓叵担聪袼亟馕龆�=两刻度线条间的像素点数/两刻度线间的物理距离
机械校准�？槎员欢ㄎ煌枷竦幕敌Ｗ脊倘缦陆嗷潭ㄔ谧烂娴憬浩教ǖ腪轴上，并用串口线将主机与桌面点胶平台连接；启动桌面点胶平台，主机及视觉校准�？榻岜黄舳谎≡瘛盎敌Ｗ肌惫δ埽唤鹌つ喾胖迷诠ぷ魈ㄆ矫嫔希ü骰聊簧系姆较虬磁タ刂频憬浩教ㄒ贫沟憬赫胪氛韵鹌つ啵煌ü骰聊簧系腪轴方向键慢速移动Z轴，使针头在橡皮泥上压出一个印痕后停止移动；通过主机屏幕上的方向键将橡皮泥的印痕移动到相机画面中，并使其清晰成像；移动屏幕上的十字光标，使其位置与印痕的中心重合；选择操作界面的“确定”按钮，完成机械校准功能。视觉定位�？�302包括存储�？楹褪萜ヅ淠？椋渲校娲⒛？橛糜诖娲⑼枷衲０逍畔ⅲ皇萜ヅ淠？橛糜诙匀范ū欢ㄎ煌枷竦亩ㄎ蛔曛�。下面以点胶平台为例，对视觉定位模块302的工作原理进行详细描述。用户移动工业照相机，使第一定位坐标点A的图像单元出现在摄像机的画面中，摄像机画面此时对图像单元进行了放大，因此用户很容易看到图像单元的中心A (A点也为第一定位坐标点)，一旦确定了 A为第一定位坐标点，则控制器会将A点的坐标信息值PAl及A点所处的图像单元信息传输给视觉定位�？�302，视觉定位�？�302通过定位技术，得到第一定位坐标点A画面中的坐标(X，Y)，主机的控制器将A点的坐标(X，Y)转和坐标值PAl转换后，得到点胶头在第一定位坐标点A点的坐标PA。在该实施例中，定位技术指的是数据库中寻找特定目标图像，已知视觉定位�？�302的存储�？橹杏行枰ヅ涞�(即图像模板)数据，且该被搜索图像与图像单元有相同的尺寸、方向和图案，通过匹配算法找到图像单元在被搜索图像(即图像模板)中的位置。请参见图2和图3，，图2是数据库中的被搜索图S (即图像模板)，图3是模板图T卿图像单 兀)。S的宽度是W,闻是H ；T是图像单兀图，T的宽度是n,闻是m。,匹配算法的原理如下
图像单元T叠放在被搜索图S上平移，图像单元T覆盖被搜索图的区域称为子图Sji，(j, i)是子图左上角在被搜索图中的坐标。搜索范围遵循如下算法公式
I ^ j ^ ff-n ;
I^ i ^ H-m
算法通过比较Sji和T的相似性，完成匹配过程，匹配过程通过数据匹配�？橥瓿桑咛迤ヅ涔倘缦峦枷竦ピ猅在被搜索图中移动一个像素，在新的位置上比较子图Sji和T的相似度Cl并记录此处坐标(j，i);图像单元T再移动到下一个像素位置，比较此处子图Sji和T的相似度c2并记录该处的坐标(j, i);重复步骤2,直到j=W-n, i=H_m。从所有相似度中找出最大值对应的坐标(j，i)，即认为该位置是图像单元T在被搜索图S中的最佳位置。第二点位坐标值PB和第三定位坐标值PC的获取过程同第一定位坐标值PA的获取过程，此处不再赘述。用户获得了被定位图像的坐标点后，再手工输入被定位图像的总行数和总列数的数值，主机的控制器即可自动计算生成被定位图像的图像信息。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种嵌入式视觉定位系统，其特征在于，所述系统包括控制装置、嵌入式操作系统和视觉功能�？椋渲校隹刂谱爸糜糜诨袢”欢ㄎ煌枷竦幕拘畔ⅲ峁┧銮度胧讲僮飨低车脑诵谢肪常⑶矣胨鍪泳豕δ苣？榻型ㄐ帕樱凰銮度胧讲僮飨低秤糜谔峁┧鍪泳豕δ苣？榈脑诵谢肪常矣胨隹刂谱爸媒型ㄐ帕樱凰鍪泳豕δ苣？橛糜谑迪侄员欢ㄎ煌枷窠型枷裥Ｗ己褪泳醵ㄎ�。
2.如权利要求I所述的嵌入式视觉定位系统，其特征在于，所述控制装置包括主机、显示设备、输入设备、图像采集设备、其中所述主机为所述系统的运算核心和控制核心，用于解释系统指令和处理程序中的数据；所述显示设备用于显示应用程序界面和相关的处理结果；所述输入设备用于操作程序界面和输入数值；所述图像采集设备用于采集图像信肩、O
3.如权利要求2所述的嵌入式视觉定位系统，其特征在于，所述显示设备为显示屏，所述图像采集设备为工业照相机，所述输入设备为电阻式触摸屏或者电容式触摸屏，所述显示设备、所述输入设备均连接所述主机，所述图像采集设备通过USB连接线与所述主机进行通信连接。
4.如权利要求I或2或3所述的嵌入式视觉定位系统，其特征在于，所述视觉功能�？榘ㄊ泳跣Ｗ寄？椤⑹泳醵ㄎ荒？楹褪泳醪饬磕？椋渲校鍪泳跣Ｗ寄？橛糜诙运鱿低辰邢袼匦Ｗ己突敌Ｗ迹凰鍪泳醵ㄎ荒？橛糜诨袢”欢ㄎ煌枷竦氖泳醵ㄎ蛔辏凰鍪泳醪饬磕？橛糜诓饬克鐾枷癫杉璞覆杉枷竦募负问�。
5.如权利要求4所述的嵌入式视觉定位系统，其特征在于，所述视觉校准�？榘ㄏ袼匦Ｗ寄？楹突敌Ｗ寄？椋渲校鱿袼匦Ｗ寄？橛糜谛Ｗ急欢ㄎ煌枷竦南袼氐阌胧导示嗬胫涞奈恢霉叵担凰龌敌Ｗ寄？橛糜谛Ｗ蓟瞪璞赣氡欢ㄎ煌枷竦幕滴恢�。
6.如权利要求5所述的嵌入式视觉定位系统，其特征在于，所述视觉定位�？榘ù娲⒛？楹褪萜ヅ淠？椋渲校龃娲⒛？橛糜诖娲⑼枷衲０逍畔ⅲ凰鍪萜ヅ淠？橛糜诙匀范ū欢ㄎ煌枷竦亩ㄎ蛔曛怠�
7.如权利要求6所述的嵌入式视觉定位系统，其特征在于，所述嵌入式操作系统为嵌入式Linux操作系统。
全文摘要
本发明适用图像识别定位技术领域，提供了一种嵌入式视觉定位系统，所述系统包括控制装置、嵌入式操作系统和视觉功能�？椋渲校隹刂谱爸糜糜诨袢”欢ㄎ煌枷竦幕拘畔ⅲ峁┧銮度胧讲僮飨低车脑诵谢肪常⑶矣胨鍪泳豕δ苣？榻型ㄐ帕樱凰銮度胧讲僮飨低秤糜谔峁┧鍪泳豕δ苣？榈脑诵谢肪常矣胨隹刂谱爸媒型ㄐ帕樱凰鍪泳豕δ苣？橛糜谑迪侄员欢ㄎ煌枷窠型枷裥Ｗ己褪泳醵ㄎ�。采用本发明的技术方案，定位准确，操作方便，成本低廉，具有很好的实用性。
文档编号G01C11/00GK102798382SQ20121026476
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者陈龙 申请人:深圳市轴心自控技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
