CN100530273C - 机器视觉教学创新实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器视觉教学创新实验平台，包括机箱、电源按钮、调速旋钮、光电传感器、电机、传动机构、检验台底座、环形光源、摄像机、摄像机支架和图像处理单元，其中电源按钮控制整个系统的供电，图像处理单元内有用于实现机器视觉教学创新实验的各种算法，图像处理软件平台包括代码窗口、参数窗口、图像窗口和变量窗口；提供20个难易程度不同的创新型实验，包括10个图像测量与图像处理基础实验，5个模式识别类实验和5个机器视觉领域的研究热点问题，通过实验学生能够深入理解和扎实掌握有关机器视觉、图像测量和模式识别方面的基础理论知识，对工业自动生产线的产品视觉检测判定模拟过程有直接的感受，提高学生独立解决技术难题的能力。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉图像测量与模式识别技术领域，涉及一种实验平台，更进一步涉及一种机器视觉教学创新实验平台。
背景技术
近年来，随着图像处理与模式识别技术的飞速发展，各大高校都相继开设了与图像处理和机器视觉相关的课程，此类课程既要求学生掌握图像处理的基础理论知识，又要求学生能够利用图像处理方法解决一些实际问题，例如对工件产品进行尺寸测量、分类和识别，产品表面缺陷检测，车牌号码识别，条形码识别等。不论是本科生教学还是研究生教学，目前大多数高校都只停留在基础理论知识的学习上，缺少学生亲自利用图像处理方法解决实际问题的训练环节，更缺乏学生进行创新实验的条件和环境，严重影响了教学的质量和效果，不利于培养学生的实际动手能力和创新思维能力。鉴于上述原因，在多年潜心研究和技术积累的基础上，研制开发了机器视觉教学创新实验平台，对提高教学质量和培养创新型人才是十分必要的。
发明内容
针对上述教学环节存在的问题，本发明的目的在于，提供一种低成本、高精度、可扩展、基础性与创新性并举的机器视觉教学创新实验平台。
为达到上述目的，本发明采用软硬件结合的设计思想，利用图像测量任务的共同点，构建统一的图像获取硬件平台和图像处理软件平台，根据不同的测量对象和实验内容，设计具体的图像处理算法程序，实现基础训练与创新思维能力培养并举的机器视觉教学创新实验平台。
本发明的具体技术解决方案是：该机器视觉教学创新实验平台，包括设置在机箱内部的可调速电机，用于通过传动机构带动机箱上面的检验台底座匀速旋转，使放置在检验台底座上的被测样品与摄像机对齐，机箱面板上设置调速旋钮，根据测试任务的要求调整电机转速。
在机箱上方安装有高速摄像机，摄像机镜头周围安装有环形光源，用于提供拍摄所需光照。摄像机通过固定夹安装在水平支架上，水平支架与垂直支架连接并固定在机箱上，通过上下移动水平支架可以调节摄像机的垂直高度，通过左右移动固定夹可以调节摄像机的水平位置。
在检验台底座上刻有若干标记，被测样品放置在标记位置。机箱内部安装有光电传感器，在检验台底座转动过程中，当光电传感器检测到标记位置时，表明被测样品处于摄像机正下方，光电传感器向控制器发出信号启动图像获取程序，拍摄被测样品图像并保存。
机箱上的电源按钮控制整个系统的供电，包括整个实验平台的启动以及电机、光电传感器、环形光源和摄像机部件的供电。
光电传感器通过计算机并口发送图像采集信号，摄像机通过USB口将拍摄到的图像传送至计算机图像处理单元中。
图像处理软件平台主要由4个子窗口组成，在主窗口内分别有代码窗口、参数窗口、图像窗口和变量窗口。代码窗口显示实验任务对应的源程序，代码解释模块从代码窗口中获取代码，解释并执行，对于具体的函数和语句调用相关模块，例如最主要的图像处理算法就是从图像处理模块调用的。用户可以通过代码窗口编制自己的图像处理算法，或者对已有算法进行修改，并利用调试工具对程序进行调试。用户也可将自己的实验研究成果(如某些新算法)添加到本平台方法库中，供他人借鉴和引用。参数窗口显示图像处理过程中调用的函数和命令语句所包含的参数及提示信息，用户可以根据需要修改这些参数，该窗口最多支持八个参数设置。图像窗口显示待处理或处理后的图像，可以通过鼠标选取图像中需要进行处理的区域。变量窗口用于显示图象处理过程中中间变量的值，既可显示数值变量，也可以缩略图的形式显示图像变量。
附图说明
图1是本发明的创新实验平台逻辑结构框图；
图2是本发明的图像处理软件平台结构框图。
为了更清楚的理解本发明，下面结合附图和发明人给出的具体实施例，对本发明作进一步的描述与说明。
具体实施方式
本发明的创新实验平台逻辑结构框图如图1所示，包括设置在机箱1内部的可调速电机5，用于通过传动机构6带动机箱1上面的圆形检验台底座7匀速旋转，使放置在检验台底座7上的被测样品8与摄像机10对齐。机箱面板上设置调速旋钮3，根据测试任务的要求调整电机5转速。
在检验台底座7上刻有若干标记，被测样品8放置在标记位置。机箱1内部安装有光电传感器4，在检验台底座7转动过程中，当光电传感器4检测到标记位置时，表明被测样品8处于摄像机10正下方，光电传感器4向控制器发出信号启动图像获取程序，拍摄被测样品8图像并保存。
在机箱1上方安装有高速摄像机10，摄像机镜头周围安装有环形光源9，用于提供拍摄所需光照。摄像机10通过固定夹11安装在水平支架12上，水平支架12与垂直支架13连接并固定在机箱1上，通过上下移动水平支架12可以调节摄像机10的垂直高度，通过左右移动固定夹11可以调节摄像机10的水平位置。
机箱1上的电源按钮2控制整个系统的供电，包括设备启动以及光电传感器4、电机5、环形光源9和摄像机10等部件的供电。光电传感器4通过计算机并口发送图像采集信号，摄像机10通过USB口将拍摄到的图像传送至计算机的图像处理单元14中。
图像处理单元14内有用于支持机器视觉教学创新实验的各种算法及其图像处理软件，图像处理软件平台结构框图如图2所示。图像处理软件平台主要由4个子窗口组成，在主窗口15内分别有代码窗口16、参数窗口17、图像窗口18和变量窗口19。代码窗口16显示实验任务对应的源程序，代码解释模块20从代码窗口16中获取代码，解释并执行，对于具体的函数和语句调用相关模块，例如最主要的图像处理算法就是从图像处理模块21调用的。用户可以通过代码窗口16编制自己的图像处理算法，或者对已有算法进行修改，并利用调试工具对程序进行调试。用户也可将自己的实验研究成果(如某些新算法)添加到本平台方法库中，供他人借鉴和引用。参数窗口17显示图像处理过程中调用的函数和命令语句所包含的参数及提示信息，用户可以根据需要修改这些参数，该窗口最多支持八个参数设置。图像窗口18显示待处理或处理后的图像，可以通过鼠标选取图像中需要进行处理的区域。变量窗口19用于显示图象处理过程中中间变量的值，既可显示数值变量，也可以缩略图的形式显示图像变量。
本发明的机器视觉教学创新实验平台，提供20个难易程度不同的创新型实验。第一到第十个实验属于图像测量与图像处理基础问题，主要面向本科生开设；第十一到第十五个实验属于模式识别类问题，主要面向硕士研究生开设；最后五个实验属于当前机器视觉研究的热点和前沿问题。这些实验分别是：实验一，物件尺寸测量与标定；实验二，电子接插件参数测量；实验三，物件群孔面积测量；实验四，工件圆弧半径和线段长度测量；实验五，工件多参数测量；实验六，工件边缘与线段提取；实验七，表面划痕检测；实验八，工件配准判定识别；实验九，人民币币值识别；实验十，汽车牌照识别；实验十一，回形针检测识别；实验十二，位置识别——硬币识别；实验十三，形状识别——中国地图省份识别；实验十四，OCR彩色数字识别；实验十五，一维条码识别；实验十六，多聚焦图像信息融合；实验十七，多光照图像信息融合处理；实验十八，多类型零件的机器学习与分类；实验十九，开放式C++语言程序互连；实验二十，机器视觉新算法研究验证。通过这些实验使学生能够深入理解和扎实掌握有关机器视觉、图像测量、视觉检测技术和模式识别等方面的基础理论知识，同时也使学生对工业自动生产线的产品视觉检测判定模拟过程有直接的感受；创新型实验可以培养学生敢于挑战机器视觉领域的技术难题，提高学生独立解决技术难题的能力，从而增强学生的探索兴趣和创新意识。
Claims (2)
1、一种机器视觉教学创新实验平台，其特征在于，该实验平台包括：
一机箱(1)，机箱(1)内部设置有调速电机(5)，调速电机(5)通过传动机构(6)带动机箱(1)上面的检验台底座(7)匀速旋转，使放置在检验台底座(7)上的被测样品(8)与摄像机(10)对齐，机箱(1)的面板上设置调速旋钮(3)，该调速旋钮(3)用于根据测试任务的要求调整电机(5)的转速；
在机箱(1)的上方安装有摄像机(10)，摄像机镜头周围安装有环形光源(9)，用于提供拍摄所需光照；摄像机(10)通过固定夹(11)安装在水平支架(12)上，水平支架(12)与垂直支架(13)连接并固定在机箱(1)上，水平支架(12)在垂直支架(13)上上下移动，以调节摄像机(10)的垂直高度，固定夹(11)在水平支架(12)上左右移动，以调节摄像机(10)的水平位置；
在检验台底座(7)上刻有若干标记，被测样品(8)放置在标记位置，机箱(1)内部安装有光电传感器(4)，在检验台底座(7)转动过程中，当光电传感器(4)检测到标记位置时，表明被测样品(8)处于摄像机(10)正下方，光电传感器(4)向控制器发出信号启动图像获取程序，由摄像机(10)拍摄被测样品(8)图像并保存；
机箱(1)上的电源按钮(2)控制整个系统的供电，包括整个实验平台的启动以及对光电传感器(4)、电机(5)、环形光源(9)和摄像机(10)部件的供电；光电传感器(4)通过计算机并口发送图像采集信号，摄像机(10)通过USB 将拍摄到的图像传送至计算机的图像处理单元(14)中。
2、如权利要求1所述的机器视觉教学创新实验平台，其特征在于，所述的图像处理单元(14)内有用于支持机器视觉教学创新实验的各种算法及其图像处理软件，图像处理软件平台主要由4个子窗口组成，在主窗口(15)内分别有代码窗口(16)、参数窗口(17)、图像窗口(18)和变量窗口(19)；代码窗口(16)显示实验任务对应的源程序，代码解释模块(20)从代码窗口(16)中获取代码，解释并执行，对于具体的函数和语句调用相关模块，其中，图像处理算法就是从图像处理模块(21)调用的，用户通过代码窗口(16)编制自己的图像处理算法，或者对已有算法进行修改，并利用调试工具对程序进行调试；参数窗口(17)显示图像处理过程中调用的函数和命令语句所包含的参数及提示信息，用户可以根据需要修改这些参数，该参数窗口最多支持八个参数设置；图像窗口(18)显示待处理或处理后的图像，通过鼠标选取图像中需要进行处理的区域；变量窗口(19)用于显示图像处理过程中中间变量的值，能够显示数值变量，或者以缩略图的形式显示图像变量。
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