臺灣博碩士論文加值系統

摘要

本文設計模糊控制器改良立體視覺伺服之XZ機械平台的效能。原系統於XZ雙軸平台上裝置電動夾爪及由二部攝影機構成的立體視覺系統，二部攝影機同時擷取目標物的成對影像，經由數位影像處理技術判別影像中的目標物，再由立體視覺演算法計算目標物之位置與深度，導引XZ平台移動夾取目標物。原系統有二個主要缺點：水平微調補償的效能不佳及操作高度範圍不足，本文設計模糊控制器可以有效改善上述缺點，實驗結果顯示，即使在立體視覺系統無法擷取到目標物的完整影像時，本文設計之模糊控制器仍能使XZ平台微調至目標物正上方，藉由立體視覺演算法計算目標物之深度，使XZ平台能正確無誤的夾取目標物。

ABSTRACT

In this dissertation, a fuzzy controller is designed to improve the efficiency of a XZ table controlled using stereo visual servoing. A motor hand and a stereo vision system consisted of two cameras are installed on the XZ table. The pair images of a target object are grabbed by two cameras simultaneously. The feature of the object in the pair images can be extracted using digital image processing methods and determine the depth of the object can be determined using stereo vision algorithm to drive the motor hand to capture the object. However, there are two major drawbacks of this system such as the fine tuning process for horizontal compensation is inefficient and the height range for operating is not enough. In this dissertation, the proposed fuzzy controller can improve the drawbacks as mentioned above. The experimental results show that even thought the stereo vision system can not grab the full target images, the proposed fuzzy controller has ability to fine tune the horizontal position of XZ table just on top of the target object and to capture the target correctly using stereo vision algorithm.

目錄

摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 5
1.3 系統配置與控制流程 6
第二章 影像處理與立體視覺 9
2.1 影像處理 9
2.1.1 彩色空間轉換及顏色篩選 10
2.1.2 影像分割 16
2.1.3 面積過濾 17
2.1.4 形狀辨識 18
2.1.5 目標物框選 19
2.2 立體視覺 20
2.2.1 目標物位置估測 20
第三章 模糊控制 22
3.1 模糊控制器 24
3.2 輸入及輸出變數之模糊集合 27
3.3 模糊規則庫 29
第四章 XZ平台之運動控制 32
4.1 X方向平移 32
4.2 Z方向移動 34
第五章 電腦軟硬體及實驗設備 37
5.1 系統架構 37
5.2 電腦硬體規格 37
5.3 軟體環境─MATLAB 37
5.4 超級終端機─WINDOWS附屬軟體之終端機 39
5.4.1 DRCX Controller與電腦的通訊協定 39
5.4.2 DRCX控制器常用之指令與用法 40
5.5 XZ雙軸平台 41
5.5.1 XZ平台之硬體規格 41
5.5.2 由MATLAB控制XZ平台 42
5.6 CMOS攝影機 44
5.7 電動夾爪 44
第六章 結果與討論 45
6.1 實驗程式之使用者圖形介面 45
6.2 參數設定 46
6.3 實驗結果 48
6.3.1 實驗一：抓取不同高度位置的目標物 48
6.3.2 實驗二：抓取不同形狀的目標物 51
6.4 討論 54
第七章 結論 55
第八章 未來展望 56
參考文獻 57

圖目錄

圖1.1 IBVS控制架構 3
圖1.2 PBVS控制架構 3
圖1.3 系統配置圖 6
圖1.4 系統控制流程圖 8
圖2.1 影像處理流程圖 10
圖2.2 彩色空間轉換：RGB到rg 12
圖2.3 HSI彩色空間 13
圖2.4 彩色空間轉換：RGB到HSI 14
圖2.5 影像經過顏色篩選(紅色)的結果 16
圖2.6 二值化影像進行影像分割 17
圖2.7 面積過濾 18
圖2.8 圖形樣板比對 19
圖2.9 目標物框選 20
圖2.10 目標物與雙攝影機之幾何關係 21
圖3.1 模糊控制器之方塊圖 24
圖3.2 及 之定義 25
圖3.3 一次微調量前後雙攝影機均無法擷取目標物完整影像 26
圖3.4 目標物位於視野交集範圍外 26
圖3.5 無法完全擷取之影像 27
圖3.6 模糊集合 27
圖3.7 模糊集合 28
圖3.8 模糊集合 28
圖3.9 模糊控制器之控制曲面 30
圖4.1 XZ平台簡易流程圖 32
圖4.2 初始階段目標物與攝影機之關係 33
圖4.3 單一攝影機擷取目標物的影像 34
圖4.4 平台移動示意圖 35
圖4.5 雙攝影機所擷取的影像 36
圖5.1 MATLAB控制法則開發環境 39
圖5.2 終端機的設定畫面 40
圖5.3 終端機操作畫面 41
圖5.4 XZ平台 42
圖6.1 實驗程式之使用者圖形介面 46
圖6.2 實驗1-1的連續影像 48
圖6.3 實驗1-2的連續影像 49
圖6.4 實驗1-3的連續影像 50
圖6.5 實驗2-1的連續影像 51
圖6.6 實驗2-2的連續影像 52
圖6.7 實驗2-3的連續影像 53

表目錄

表3.1 模糊規則庫 29

參考文獻

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