微装配机器人系中显微图像处理研究.pdf

摘 要 随着人们对微观领域更深入地探索及微机电系统的迅猛发展，微装配与微操作 技术得到进一步的关注及研究。微装配机器人是结合微操作技术和机器人装配理论 的产物，是目前微装配与微操作技术及机器人领域的一个研究热点。本文以微装配 机器人系统为背景，研究了系统中显微图像处理，着重对微装配环境下微小目标的 边缘定位技术以及基于亚像素边缘检测算法的目标微运动测量方法进行了讨论。 论文首先对微装配及微操作技术的发展及国内外微装配机器人的研究现状做了 一个简要的介绍，分析了微装配机器人系统的关键技术，讨论了显微视觉在整个微 装配系统中的重要性及其所实现的具体功能。 介绍了在国家863 项目支持下，本实验室所研制的微装配机器人系统的构成。 重点介绍了基于XML 的微装配机器人任务规划人机交互接口的设计。 微目标的检测与识别是显微视觉信息处理的最基本也是最重要的一步。本文提 出了一种将传统Sobel 方向模板进行扩展，结合非极大值抑制以及双梯度阈值分割 的边缘检测算法，能够精确定位得到连续的单像素宽度的目标边缘。同时结合区域 生长算法，消除了由于微目标对光源的反射作用而在其表面形成的大量光斑及光带 的影响。 由于 CCD 像元具有一定的宽度，当目标移动距离不足一个像元宽度时，传统 的像素级定位算法不能从图像中分辨出这种微小运动。本文提出了一种基于二次多 项式梯度插值的亚像素边缘检测算法，并分别通过仿真图像及实际成像系统采集图 像对算法进行了精度分析，数据表明，该算法具有较高的定位精度。同时将亚像素 边缘检测算法用于目标微运动检测，实验证明该算法能够检测出目标的微运动。 关键词：微装配机器人；显微视觉；边缘检测；区域生长；亚像素 I Abstract With the deeper exploration of the microcosmic and the rapid development of the micro electro mechanical systems, microassembly and micromanipulation technology has been paid more attention to. Microassembly robot is the combination of robotic assembly and micromanipulation, it has become one of the research hotspots in robotic field. This dissertation mainly aim at the microscopic image processing in microassembly robot system and several topics have been discussed such as the edge detection of the micro objects and the measurement of the object’s slight movement based on the subpixel edge detection arithmetic. We firstly give a brief overview of the development of the micromanipulation and microassembly robot. A deep investigation has been given to the key technology of robotic assembly in micro domain, the importance and the function of micrscopic vision system in microassembly process have also been discussed. The designed microassembly robot system which is sponsored by National 863 Plan and its struct