前言
        計算機視覺的應用大致上可以分成定位 (Location)、量測 (Measurement)、識別（Recognition）、缺陷檢測 (Defect Inspection)四大類，其中以定位的應用最為廣泛，機器視覺系統(tǒng)同時涵蓋了多項功能，例如檢視主機板上的電子組件。機器視覺也可以用來控制機械手臂，在機械手臂上加裝CCD，利用影像辨識的定位，帶動機械手臂來做一些高危險性的醫(yī)療研究，例如：病毒研究、藥物混合等，都可以用這種方式來做控制，除了精準之外，對人類的生命也比較有安全保障。

影像定位后的坐標轉換
        市面上影像比對的函數(shù)庫(Library)很多，使用者可以自行選用合適的函數(shù)庫。本文以下所提的系統(tǒng)采用Euresys公司開發(fā)的 eVision EasyMatch，這是一種基于灰度相關性的圖像匹配函數(shù)庫，速度非?？?，而且能夠達到次像素(sub-pixel)精度的匹配結果。對于旋轉、比率變化(縮/放)和平移等，都能精確找到模板圖像(Golden Image)的位置。故本文僅對影像定位后的二維坐標產生的“位移”與“旋轉”做探討。

        坐標位移
 

        坐標旋轉
 

        坐標位移+旋轉
        遇到同時發(fā)生坐標位移&旋轉時，先計算位移，再套用旋轉的公式，即可算出最后的結果。

系統(tǒng)架構
        本系統(tǒng)為介紹如何設計出結合“機械運動”與“計算機視覺”的自動化定位系統(tǒng)。

基本架構

        GEME-3000主控制器： 含HSL控制卡, 安裝Windows? XP操作系統(tǒng)
        3-Axis定位平臺：三菱伺服馬達+滾珠螺桿
        運動控制器：HSL-4XMO控制模塊。
        計算機視覺組件：使用IEEE1394 CCD采集影像，利用Euresys eVision的EasyMatch進行影像比對(Pattern Match)，作定位偏移的補正計算。

                                          [圖1] 系統(tǒng)架構實機圖

系統(tǒng)流程
        本系統(tǒng)為介紹如何設計出結合“機械運動”與“計算機視覺”的自動化定位系統(tǒng)。

系統(tǒng)校正

        Mitsubishi 驅動器調校：10,000 pulse/roll
        滾珠螺桿的螺距vs. Pulse/Roll：
        如，螺距=10mm/roll，10,000 pulse/roll ? 1um/pulse 
        F.O.V. (Field of View) 的選定：F.O.V.要大于定位點的大小，太小?可接受的“初步定位”誤差變?。惶?因定位點影像太小，影像定位誤差大。
        CCD工作距離的選定：工作距離要大于打孔頂針，以免對焦時打孔頂針撞到工件。當F.O.V.及工作距離確認后，即求出 LENS & Ext. Ring。
教導作業(yè)

         啟動系統(tǒng)3軸回Home，待３軸回定位后，再由人工將工件置于3軸之定位平臺上并作“初步定位” ；
         手動控制Z軸緩慢下降，使其接近定位平臺上方 (約0.5~1.0mm)；
         手動控制X/Y軸，使打孔頂針剛好在工件第一個孔位上方；再將Z軸緩慢下降，使其插入第一個孔位內。如定位不準，可以手動移動工件，使其定位更準確。
         精確定位后，將Z軸上升至CCD的實時影像可看到完整“定位點”后，執(zhí)行下列“流程圖” 。

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自動定位

    由人工將工件置于3軸定位平臺上，作“初步定位”后并啟動本系統(tǒng)；
        系統(tǒng)會驅動3軸定位平臺將CCD移至定位點上方 (2個不同位置)，取像并利用已 “教導” 之標準影像做“影像比對”作業(yè)，計算出“初步定位”之偏移量(Shift X/Y) 及 旋轉角度 (Rotation Angle)；
tx = GoldeXY[CCD_Find][1] - terX();
ty = GoldeXY[CCD_Find][0] - terY();
if (CCD_Find==0) { //第一次定位
shiftx = ZeroX - tx*Calibration;
shifty = CCD_Y - ty*Calibration;
} else { //第二次定位
dx = CCD_Locate[1][0] - tx*Calibration;
dy = CCD_Y - ty*Calibration;
angle = atan2( dy - shifty, shiftx-dx);
CalNewLocate(angle, shiftx, shifty);
}
通過“極坐標轉換” ，重新計算工件上所有孔位的新坐標 (Point Table)。
void CalNewLocate(F64 angle, F64 shiftx, F64 shifty)
{
int i;
F64 P[TOTAL_POINT*2];
F64 t;
for (i=0; i<TOTAL_POINT; i++) { //極坐標轉換
P[i*2] = sqrt( OrgLocate[i*2] * OrgLocate[i*2]
+ OrgLocate[i*2+1] * OrgLocate[i*2+1]);
P[i*2+1] = atan2( OrgLocate[i*2],
OrgLocate[i*2+1])+ angle;
}

for (i=0; i<TOTAL_POINT; i++) {
t = P[i*2]*sin(P[i*2+1]);
NewLocate[i*2] = (shiftx + t)*SCALE_X;
t = P[i*2]*cos(P[i*2+1]);
NewLocate[i*2+1] = (shifty + t)*SCALE_Y;
}
}

結語
        機器視覺系統(tǒng)應用在現(xiàn)今的工業(yè)上，不但大幅的提升了工業(yè)的生產力，而且增加了使用者的能力。機器視覺系統(tǒng)適用在哪些領域中：
1. 需要顯微鏡或放大鏡配合的工作，長期使用放大工具對視力將會造成很大的損害，且操作人員的素質也成為檢驗上不定的因素。
2. 高危險工作環(huán)境，例如高溫、低溫、真空、高壓、高噪音、高量輻射、高電壓、大電流的工作環(huán)境。
3. 重復性工作，一成不變的工作容易造成操作人員的倦怠，容易產生疏忽而受傷，或有怠工的現(xiàn)象，而機器視覺能二十四小時無休止的工作，且能在高速下執(zhí)行檢查，而檢視的準確度也能控制在較穩(wěn)定的程度之內。
4. 需要快速處理的狀況，如軍事武器操控，實時、大量的生產線。
5. 高精確性工作，如量測、定位、對象判別。

參考數(shù)據(jù)
[1] ADLINK PMC-7852 user manual
[2] ADLINK HSL-4XMO user manual
[3] Euresys eVision user manual

（轉載）