CN1304822A - 基于小波变换光学实现机器人视觉传感器 - Google Patents
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Abstract
一种基于小波变换光学实现机器人视觉传感器,其特征是,在壳体的立筒内自下而上固装着成象物镜、液晶光阀、偏振分光棱镜、准直透镜、扩束透镜、半导体激光器,液晶光阀在成象物镜的焦距处。壳体的斜筒内由里向外固装着两个傅里叶透镜、电寻址空间光调制器、CCD光电耦合器件,电寻址空间光调制器安装在两个傅里叶透镜的前、后焦平面处。本发明安装到机器人上可对目标进行识别,并实现自动跟踪,信息处理速度快,滤波性能好,重复精度高。
Description
本发明属于一种机器人视觉传感器，特别涉及一种基于小波变换光学实现机器人视觉传感器。
小波变换作为一种可靠的信号处理方法，与传统的变换比较，具有很多优点。滤波性能好，消除多余噪声和干扰，提高信噪比、不存在截断误差，重复精度高及良好的数字数据序列重建特征等。目前，现有机器人视觉图象处理多是基于计算机并行处理软件实现的，通常需要价格昂贵的工作站。特别随着计算和处理信息量的增大，计算速度难以实现实际工程中实时性的要求。
本发明基于小波变换光学实现机器人视觉传感器可以把光学信息处理系统和计算机结合起来，建立适合于视觉图象处理的各种小波基滤波函数库，提取最佳图象特征，并将视觉传感器获取的信号，直接读入计算机，进而控制机器人手臂实现自动跟踪运动。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种基于小波变换光学实现机器人视觉传感器。
本发明的技术解决方案如下：
基于小波变换光学实现机器人视觉传感器的结构是，在壳体(7)的立筒内下端口处固装着成象物镜(1)，成象物镜(1)的上方焦距处固装着液晶光阀(2)，液晶光阀(2)的上方、壳体立筒和斜筒轴线的交汇处安装着偏振分光棱镜(3)，偏振分光棱镜(3)的上方固装着准直透镜(4)；在壳体(7)内的上端口处固装着半导体激光器(6)，在半导体激光器(6)和准直透镜(5)之间固装着扩束透镜(5)。壳体(7)的斜筒内固装着傅里叶透镜(8)和傅里叶透镜(10)，其位置要保证偏振分光棱镜(3)的读出光入射到傅里叶透镜(8)内，并使傅里叶透镜(8)的后焦平面与傅里叶透镜(10)前焦平面汇合在一处，且在此处安装着电寻址空间光调制器(9)。在傅里叶透镜(10)的右方斜筒内的端口处固装着CCD光电耦合器件(11)。成象物镜(1)、液晶光阀(2)、偏振分光棱镜(3)、扩束透镜(4)、准直透镜(5)、半导体激光器(6)在同一轴线上，偏振分光棱镜(3)、傅里叶透镜(8)、电寻址空间光调制器(9)、傅里叶透镜(10)和CCD光电耦合器件(11)在同一轴线上。电寻址空间光调制器(9)和CCD光电耦合器件(11)分别用电缆与计算机(12)相连接。
液晶光阀2的分辨率为401p/mm，对比度为100∶1，写入时间为40ms。
偏振分光棱镜分光角为45-90度。
半导体激光器6功率为5-15mW。
电寻址空间光调制器9的象素数为800×600，画幅频率为200Hz，象元尺寸为33×33，填充因子为0.27，对比度为200∶1。
CCD光电耦合器件11的型号为DH512-PRO。
基于小波变换光学实现机器人视觉传感器的工作原理如下：外界物体通过成象透镜(1)成象在液晶光阀(2)(LCLV-Liquid Crystal Light Valve)上，即光寻址空间光调制器上。半导体激光器(6)发出波长为635纳米的激光光束，经扩束透镜(5)和准直透镜(4)变为平行光照在偏振分光棱镜(3)上。偏振分光棱镜(3)将平行光偏振折射到液晶光阀(2)上。液晶光阀(2)的读出光沿原路返回，再通过偏振分光棱镜(3)入射到第一个傅里叶透镜(8)上。根据光学4f系统原理实现滤波，即将电寻址空间光调制器(9)放置在傅里叶透镜(8)的后焦平面上，由计算机控制输入的滤波函数频谱，在这里完成与图象读出光频谱相乘。因为电寻址空间光调制器(9)处于傅里叶透镜(10)的前焦平面上，傅里叶透镜(10)将光函数从频域转换至空间域，最后经过小波变换的物象光函数直接照射到CCD光电耦合器件(11)上。CCD光电耦合器件(11)与计算机(12)相通讯，这样，通过非相干光转换成相干光的处理，利用4f系统滤波原理和计算机(12)控制的电寻址空间光调制器(9)，实现小波变换处理，其信号由CCD光电耦合器件(11)接收，并读入计算机(12)。
本发明与现有技术相比有如下优点：
(1)基于小波变换光学实现机器人视觉传感器利用光学信息处理高速、并行和大容量的特征，提高信息处理速度。
(2)基于小波变换光学实现机器人视觉传感器具有滤波性能好，消除多余噪声和干扰，提高信噪比、不存在截断误差，重复精度高及良好的数字数据序列重建特征等。
(3)基于小波变换光学实现机器人视觉传感器是光机电一体化的高技术产品，它也是光学与计算机结合的产物。计算机完成信号写入、计算、存贮、编程和控制等功能，直接控制机器人手臂运动。基于小波变换光学实现机器人视觉传感器安装到机器人上，可对目标进行识别，并实现自动跟踪。
附图的图面说明如下：
图1是本发明的结构示意图。
下面结合附图对本发明实施例作进一步详述：
基于小波变换光学实现机器人视觉传感器的结构如图1所示：在“T”形壳体(7)的立筒内下端口处通过螺纹固装着成象物镜(1)，成象物镜(1)的上方焦距处用紧定螺钉固装着液晶光阀(2)。液晶光阀(2)的上方、“T”形壳体立筒和斜筒轴线的交汇处安装着偏振分光棱镜(3)，偏振分光棱镜(3)的上方通过螺纹固装着准直透镜(4)，在壳体(7)内的上端口处卡接着半导体激光器(6)，在半导体激光器(6)和准直透镜(5)之间通过螺纹固装着一个扩束透镜(5)。“T”形壳体(7)的斜筒内用紧定螺钉固装着傅里叶透镜(8)和傅里叶透镜(10)，其位置要保证偏振分光棱镜(3)的读出光入射到傅里叶透镜(8)内，并使傅里叶透镜(8)的后焦平面与傅里叶透镜(10)前焦平面汇合在一处，且在焦平面汇合处安装着电寻址空间光调制器(9)，在傅里叶透镜(10)的右方斜筒内的端口处通过螺纹固装着CCD光电耦合器件(11)。成象物镜(1)、液晶光阀(2)、偏振分光棱镜(3)、扩束透镜(4)、准直透镜(5)、半导体激光器(6)在同一轴线上。偏振分光棱镜(3)、傅里叶透镜(8)、电寻址空间光调制器(9)、傅里叶透镜(10)和CCD光电耦合器件(11)在同一轴线上。电寻址空间光调制器(9)和CCD光电耦合器件(11)分别用电缆与计算机(12)相连接。
液晶光阀(2)的分辨率为40lp/mm，对比度为100∶1，写入时间为40ms。
偏振分光棱镜(3)分光角为78度。
半导体激光器(6)功率为10mW。
电寻址空间光调制器(9)的象素数为800×600，画幅频率为200Hz，象元尺寸为33×33，填充因子为0.27，对比度为200∶1。
CCD光电耦合器件(11)的型号为DH512-PRO。
使用时，将基于光学小波变换机器人视觉传感器安装在机器人末端执行器的发兰上，并与计算机构成的系统和机器人控制器相连接，进行互相通讯，以控制机器人的手臂按着视觉传感器识别的路径作实时性跟踪运动，视觉传感器与被测物体间的距离为1米。
在基于小波变换光学实现机器人视觉传感器的前端，预先制成安装变焦镜头的接口，接上变焦镜头后，本发明的基于小波变换光学实现视觉传感器可以获取远距离的物象，并对环境中的监测物进行监视。
Claims (2)
1、一种基于小波变换光学实现机器人视觉传感器，其特征在于：在壳体(7)的立筒内下端口处固装着成象物镜(1)，成象物镜(1)的上方焦距处固装着液晶光阀(2)，液晶光阀(2)的上方、壳体立筒和斜筒轴线的交汇处安装着偏振分光棱镜(3)，偏振分光棱镜(3)的上方固装着准直透镜(4)，在壳体(7)内的上端口处固装着半导体激光器(6)，在半导体激光器(6)和准直透镜(5)之间固装着一个扩束透镜(5)，壳体(7)的斜筒内固装着傅里叶透镜(8)和傅里叶透镜(10)，其位置要保证偏振分光棱镜(3)的读出光入射到傅里叶透镜(8)内，并使傅里叶透镜(8)的后焦平面与傅里叶透镜(10)前焦平面汇合在一处，且在此处安装着电寻址空间光调制器(9)，在傅里叶透镜(10)的右方斜筒内的端口处固装着CCD光电耦合器件(11)，成象物镜(1)、液晶光阀(2)、偏振分光棱镜(3)、扩束透镜(4)、准直透镜(5)、半导体激光器(6)在同一轴线上，偏振分光棱镜(3)、傅里叶透镜(8)、电寻址空间光调制器(9)、傅里叶透镜(10)和CCD光电耦合器件(11)在同一轴线上，电寻址空间光调制器(9)和CCD光电耦合器件(11)分别用电缆与计算机(12)相连接。
2、按照权利要求1所说的机器人视觉传感器，其特征在于：液晶光阀(2)的分辨率为401p/mm，对比度为100∶1，写入时间为40ms；偏振分光棱镜(3)的分光角为45-90度；半导体激光器(6)的功率为5-15mW；电寻址空间光调制器(9)的象素数为800×600，画幅频率为200Hz，象元尺寸为33×33，填充因子为0.27，对比度为200∶1。
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