前言 計算機視覺的應用大致上可以分成定位、量測、識別、缺陷檢測四大類，其中以定位的應用最為廣泛。機器視覺系統可以用來檢視主機板上的電子組件，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，帶動機械手臂來做病毒研究、藥物混合等一些高危險性的醫療研究。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庫（Library）很多，使用者可以自行選用合適的函數庫。以下所提的系統采用Euresys公司開發的eVision EasyMatch，這是一種基于灰度相關性的圖像匹配函數庫，速度非常快，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 公式：X2 = X1 + ΔX Y2 = Y1 + ΔY [align=center] 圖1 坐標位移示意圖 [/align] ● 坐標旋轉 （1）將（X1,Y1）轉換成極坐標→ （X1,Y1） = （R1,θ1） 其中，R1 = √X12 + Y12 θ1 = arctan（ Y1 / X1 ），即反正切函數 （2）θ2 = θ1 + θ，其中，θ= 表示旋轉角度 得出 X2 = Cos （θ2） ＊ R1 = Cos （arctan（Y1/X1）+θ） ＊ √X12 + Y12 Y2 = Sin（θ2） ＊ R1 = Sin（arctan（Y1/X1）+θ） ＊ √X12 + Y12 [align=center] 圖2 坐標旋轉的示意圖 [/align] ● 坐標位移+旋轉 遇到同時發生坐標位移和旋轉時，先計算位移，再套用旋轉的公式，即可算出最后的結果。下面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。 基本架構 ● GEME-3000主控制器：含HSL控制卡，安裝Windows XP操作系統 ● 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IEEE 1394 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。 完整的實際系統如圖3所示。 [align=center] 圖3 系統架構實機圖[/align] 系統校正 ● Mitsubishi驅動器調校：10 000 pulse/roll，即運動控制卡送出10 000個脈波，馬達會轉一圈。 ● 滾珠螺桿的螺距vs. Pulse/Roll：如，螺距=10mm/roll，10 000 pulse/roll意味著1μm/pulse，即每發出一個脈沖，螺桿會前進1μm。 ● F.O.V.（Field of View）的選定：F.O.V.要大于定位點的大小，太小則導致可接受的“初步定位”誤差變小；太大則導致因定位點影像太小，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，即求出鏡頭和延伸環。 教導作業 ● 啟動系統3軸回到初始位置，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，執行圖4所示的流程圖。 [align=center] 圖4 圖像處理軟流程圖 [/align] 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； ● 系統會驅動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”的標準影像做“影像比對”作業； ● 計算出“初步定位”的偏移量（Shift X/Y）及旋轉角度 （Rotation Angle）； tx = GoldeXY[CCD_Find][1] - m_Find.GetCenterX（）; ty = GoldeXY[CCD_Find][0] - m_Find.GetCenterY（）; 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結束語 機器視覺系統不但大幅的提升了工業的生產力，而且增加了使用者的能力。使用機器視覺系統可以保護人眼的健康和提高檢測精度，而機器視覺系統能24小時不停頓地工作，且能在高速下執行檢查，而檢視的準確度也能控制在較穩定的程度之內。 此外，在危險工作環境中，在需要快速處理的軍事武器操控，實時、大量的生產線上，在量測、定位、對象判別等高精確性工作中，機器視覺系統也都有很好的應用前景。