机器人如何看到物体：由硬件图像采集和软件图像信息处理

人的视觉是我们获知外界信息的主要途径，视觉能够 帮助我们对空间频率、时间频率以及对运动物体进行感知。

机器视觉系统的目的就是给机器或自动生产线添加一套视觉系统，其原理是由计算机或图像处理器以及相关设备来模拟人的视觉行为，完成得到人的视觉 系统所得到的信息。人的视觉系统是由眼球、神经系统及大脑的视觉中枢构成， 计算机视觉系统则是由图像采集系统、图像处理系统及信息综合分析处理系统构成。机器人的视觉，大概可以理解为“视”和“觉” 两部分，详解如图4-6所示。

从图4-5我们不难看出，机器人的视觉系统总的说来由硬件和软件两大部分组成。

(1)硬件部分

①视觉传感器，即CCD 或 者CMOS 摄像头；

②视频信号数字化设备，即图像采集卡，它的 任务是把摄像头输出的全电视信号转化成计算机方便 使用的数字信号；

③计算机及外设，根据系统的需要可以选用不 同的计算机及其外设，来满足机器人视觉信息处理及 机器人控制的需要。由于 USB 接口技术的出现，小型摄像机可以直接与计算机相连，实现环境图像的快速采集传送，且预设数据处 理系统与图像采集系统间的接口。

(2)软件部分

①计算机系统软件，选用不同类型的计算机，就有不同的操作系统和所支 撑的各种语言等，当然也可以采用底层方法处理图像信息，以省掉操作系统带来 的麻烦。

②机器人视觉信息处理算法，包括图像预处理、分割、识别和解释等 算法 。

机器人视觉系统是用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现 对客观世界的识别。该系统主要由三部分组成：图像采集部件、图像的处理和分析、处理结果输出装置，其原理图如图4-7所示。

①图像采集部件：原始的图像数据是通过图像采集部件进入计算机的， 因而图像采集部件的作用是采集原始的模拟图像数据，并将模拟信号转换成 数字信号。计算机在接收到图像的数字信号后，将其存入内存区。常用的图 像采集部件有成像雷达、CCD 摄像头加上图像采集卡、图像扫描仪、数码摄 像机等。

②图像信息处理器：图像的处理工作通常是由计算机完成的，经过采集卡 将模拟信号转换为数字信号后，图像信息在计算机中实现预处理、特征抽取(图 像分析)、模式识别、重构、描述、判断、决策等一系列的处理。

③处理结果输出(机机接口和人机接□):识别信息的输出是图像处理的 Z终目的。从广义的角度讲，信息的输出形式可分为两种：一种是根据识别的结 果作出判断，通常以符号信息的形式输出；另一种是以图像形式输出。机器人图 像处理的结构图如图4-8所示。

常见的摄像头大致可以分为两类，即单目摄像头和双目摄像 头。所谓的单目摄像头，就是一种只能看到平面，无法获取距离信息的摄像头。 这样的摄像头在我们的生活中非常常见，笔记本电脑或者手机内置的摄像头，以 及相机摄像机的镜头大多都是单目。但是要是使得机器人能够准确地运动到我们 想要它运动到的地方，那么机器人就要对它所处的环境有一定的了解，才能相对 准确地获取它要走的路径。所以这就需要机器人对它周围物体的位置有个准确的 了解，这就不仅需要机器人看到那个物体，还需要机器人准确地测出它与物体间 的距离。而能实现这一功能的就是双目摄像头。