生物生产机器人 参考资料（中文课件）----第五章.doc

图像获取
图像传感器
有许多成像装置可以用来获取TV(电视)图像:视像管、正析摄像管、固态成像传感器。今天固态成像传感器是机器视觉中最广泛应用得传感器。固态成像传感器有以下优点:电能消耗量低、尺寸小、残留图像少、低的粘性、图像变形少和抗休克特征,这些特征对机器人视觉系统是十分适用的。
固态图像传感器有一组从光子中产生电荷的光电元件,该传感器根据它的扫描方法可以分为电荷耦合装置型和金属氧化物半导体型。光电耦合装置传感器有高的分辨率优点,而金属氧化物半导体型传感器对较少扫帚现象更为适用。
成像传感器对可见光到近红外区域(400-1200nm)通常具有敏感性。
成像传感器也可以分为2维排列的光电元件面传感器和一位排列的线传感器。
TV 摄像机
一个TV摄像机主要由一个或多个摄像传感器、镜头、一个扫描发生器、增幅(放大器)和信号处理器组成的外围电路。一个彩色TV摄像机具有三个图像传感器,被分配对三原色(红(R)、绿(G)、蓝(B))或者其补色。机器人视觉系统中通常采用具有一个图像传感器的TV摄像机。具有单一图像传感器的彩色摄像机使用RGB或者互补滤波器来布置,就像在传感器的光敏面上镶嵌一个东西。
在野外的情况下,光照依据环境而变化,光圈控制系统是必须的。由于环境影响色温,进而在摄像机中具备一个自动化的色温控制系统也是十分重要的。
图像输入装置及其处理装置
从TV摄像机的输出信号是一个模拟电波图像信号,这个模拟信号通过数模转换(A/D)器来完成。经过A/D转换后,输出信号就被转换位数字信号。。当对图像处理速度要求不高时,计算机能通过读图像数据到内存中进行图像处理,。可是,由于图像可能具有大量的信息,有时候也需要一个专用的图像处理器来进行图像的快速处理,。
计算机视觉系统框图
在一个二值图像采集装置中,使用模拟电压比较器来代替A/D转换器。通过计算机模拟视频信号可转换为1或0的二值信号,然后将其存入存储器。
光源
一般来说,日光辐射的峰值在~500nm和从紫外区域到近红外区域。为避免自然光照变化大的影响,可使用电子快门来缩短摄像机曝光时间,同时与快门同期使用发光闪光灯。根据曝光时间采用闪光灯源和电子快门使目标亮显。因为曝光时间短,使用电子快门的摄像机的敏感性是小;因此摄像机对自然光不敏感。只有靠近摄像机的有限区域里,闪光灯光源发出的光亮度是高的。因此,仅仅接近闪光灯的物体出现在图像中。这也是该方法的一个值得注意的特征,因为机器人只能处理在所能达到道深度附近的图像。另外,在摄像机附近装闪光灯来输入果实图像时,利用果实中心部变亮的特点也可以确认果实的中心位置。例如,当用闪光灯照射时,反射水果图像在其中心位置图像更明亮。
在室内,通常采用人工光源来进行图像获取。有很多种类灯可用来提供光能用于图像获取。常用的一些类型有卤素灯、荧光灯、***灯、疝气灯和激光器,每种灯具有不同的辐射属性。基于生物对象的光学特性进行灯的选择是明智的。
背景分割
基于彩色信号的识别方法
彩色是一种光的视觉刺激。尽管很容易量化彩色,有几种不同方法可用来表示它(Kondo,1969)。、明亮度和彩度的彩色立体。色相是色彩的相貌,如红、黄、绿、蓝和紫色;明亮度指色彩的明暗;而彩度指色彩的纯度。为了使人量化彩色简单化,由孟塞尔倡导提出了推荐的心理学系统或者称为孟塞尔彩色格式系统。在这种方法中,色相被分成10种彩色(红、黄红、黄、绿、蓝绿、蓝、紫蓝、紫和红紫),并且1到10种颜色值被依据颜色的差别给定。例如,通常绘画彩色用5R4/14,5GY7/10和5PB4/12等等表达。国际照明协会提出又一种方法:色度图。所有的彩色能通过封闭曲线内等量被表达。
彩色立体 
 
彩色摄像机能提供三种基本颜色元素:红、绿和蓝。亮度信号Y可从三原色中推导而出(Okamoto et al.,1992)
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Y,R,G和B分别代表当图像获取后的亮度、红、绿、蓝的A/D转换值。
当当工作目标的颜色与它的背景不同时,通常用彩色摄像机来区别他们。一个方法是比较R-B或R/(R+G+B)和某个灰度值进行比较,另外一个方法由R,G,B计算出色相与彩度与灰度值进行比较。被识别的图像通常用二值数据进行表达以使处理时间缩短、存储空间更小。RGB模拟信号也能被计算或比较:
计算和比较也可通过存储在图像内存中灰度值通过A/D变换后和比较信号被做通过电路模拟信号(模拟电压比较器)以使二值化图像能获得。
作为一个例子,。
  樱桃番茄二