專利名稱：機器視覺教學創新實驗平臺的制作方法
技術領域：
本發明屬于機器視覺圖像測量與模式識別技術領域，涉及一種實驗平 臺，更進一步涉及一種機器視覺教學創新實驗平臺。
背景技術：
近年來，隨著圖像處理與模式識別技術的飛速發展，各大高校都相繼 開設了與圖像處理和機器視覺相關的課程，此類課程既要求學生掌握圖像 處理的基礎理論知識，又要求學生能夠利用圖像處理方法解決一些實際問 題，例如對工件產品進行尺寸測量、分類和識別，產品表面缺陷檢測，車 牌號碼識別，條形碼識別等。不論是本科生教學還是研究生教學，目前大 多數高校都只停留在基礎理論知識的學習上，缺少學生親自利用圖像處理 方法解決實際問題的訓練環節，更缺乏學生進行創新實驗的條件和環境， 嚴重影響了教學的質量和效果，不利于培養學生的實際動手能力和創新思 維能力。鑒于上述原因，在多年潛心研究和技術積累的基礎上，研制開發 了機器視覺教學創新實驗平臺，對提高教學質量和培養創新型人才是十分 必要的。

發明內容
針對上述教學環節存在的問題，本發明的目的在于，提供一種低成本、 高精度、可擴展、基礎性與創新性并舉的機器視覺教學創新實驗平臺。
為達到上述目的，本發明采用軟硬件結合的設計思想，利用圖像測量 任務的共同點，構建統一的圖像獲取硬件平臺和圖像處理軟件平臺，根據 不同的測量對象和實驗內容，設計具體的圖像處理算法程序，實現基礎訓
練與創新思維能力培養并舉的機器視覺教學創新實驗平臺。
本發明的具體技術解決方案是該機器視覺教學創新實驗平臺，包括 設置在機箱內部的可調速電機，用于通過傳動機構帶動機箱上面的檢驗臺 底座勻速旋轉，使放置在檢驗臺底座上的被測樣品與攝像機對齊，機箱面 板上設置調速旋鈕，根據測試任務的要求調整電機轉速。
在機箱上方安裝有高速攝像機，攝像機鏡頭周圍安裝有環形光源，用 于提供拍攝所需光照。攝像機通過固定夾安裝在水平支架上，水平支架與 垂直支架連接并固定在機箱上，通過上下移動水平支架可以調節攝像機的 垂直高度，通過左右移動固定夾可以調節攝像機的水平位置。
在檢驗臺底座上刻有若干標記，被測樣品放置在標記位置。機箱內部 安裝有光電傳感器，在檢驗臺底座轉動過程中，當光電傳感器檢測到標記 位置時，表明被測樣品處于攝像機正下方，光電傳感器向控制器發出信號 啟動圖像獲取程序，拍攝被測樣品圖像并保存。
機箱上的電源按鈕控制整個系統的供電，包括整個實驗平臺的啟動以 及電機、光電傳感器、環形光源和攝像機部件的供電。
光電傳感器通過計算機并口發送圖像采集信號，攝像機通過USB 口將 拍攝到的圖像傳送至計算機圖像處理單元中。
圖像處理軟件平臺主要由4個子窗口組成，在主窗口內分別有代碼窗 口、參數窗口、圖像窗口和變量窗口。代碼窗口顯示實驗任務對應的源程 序，代碼解釋模塊從代碼窗口中獲取代碼，解釋并執行，對于具體的函數 和語句調用相關模塊，例如最主要的圖像處理算法就是從圖像處理模塊調 用的。用戶可以通過代碼窗口編制自己的圖像處理算法，或者對已有算法 進行修改，并利用調試工具對程序進行調試。用戶也可將自己的實驗研究 成果(如某些新算法)添加到本平臺方法庫中，供他人借鑒和引用。參數 窗口顯示圖像處理過程中調用的函數和命令語句所包含的參數及提示信
息，用戶可以根據需要修改這些參數，該窗口最多支持八個參數設置。圖 像窗口顯示待處理或處理后的圖像，可以通過鼠標選取圖像中需要進行處 理的區域。變量窗口用于顯示圖象處理過程中中間變量的值，既可顯示數 值變量，也可以縮略圖的形式顯示圖像變量。


圖1是本發明的創新實驗平臺邏輯結構框圖； 圖2是本發明的圖像處理軟件平臺結構框圖。
為了更清楚的理解本發明，下面結合附圖和發明人給出的具體實施例， 對本發明作進一步的描述與說明。
具體實施例方式
本發明的創新實驗平臺邏輯結構框圖如圖1所示，包括設置在機箱1 內部的可調速電機5，用于通過傳動機構6帶動機箱1上面的圓形檢驗臺底 座7勻速旋轉，使放置在檢驗臺底座7上的被測樣品8與攝像機10對齊。 機箱面板上設置調速旋鈕3，根據測試任務的要求調整電機5轉速。
在檢驗臺底座7上刻有若干標記，被測樣品8放置在標記位置。機箱1 內部安裝有光電傳感器4，在檢驗臺底座7轉動過程中，當光電傳感器4檢 測到標記位置時，表明被測樣品8處于攝像機10正下方，光電傳感器4向 控制器發出信號啟動圖像獲取程序，拍攝被測樣品8圖像并保存。
在機箱1上方安裝有高速攝像機10，攝像機鏡頭周圍安裝有環形光源 9，用于提供拍攝所需光照。攝像機10通過固定夾11安裝在水平支架12 上，水平支架12與垂直支架13連接并固定在機箱1上，通過上下移動水 平支架12可以調節攝像機10的垂直高度，通過左右移動固定夾11可以調 節攝像機10的水平位置。
機箱1上的電源按鈕2控制整個系統的供電，包括設備啟動以及光電 傳感器4、電機5、環形光源9和攝像機10等部件的供電。光電傳感器4'通過計算機并口發送圖像采集信號，攝像機IO通過USB 口將拍攝到的圖 像傳送至計算機的圖像處理單元14中。
圖像處理單元14內有用于支持機器視覺教學創新實驗的各種算法及其 圖像處理軟件，圖像處理軟件平臺結構框圖如圖2所示。圖像處理軟件平 臺主要由4個子窗口組成，在主窗口 15內分別有代碼窗口 16、參數窗口 17、圖像窗口 18和變量窗口 19。代碼窗口 16顯示實驗任務對應的源程序， 代碼解釋模塊20從代碼窗口 16中獲取代碼，解釋并執行，對于具體的函 數和語句調用相關模塊，例如最主要的圖像處理算法就是從圖像處理模塊 21調用的。用戶可以通過代碼窗口 16編制自己的圖像處理算法，或者對已 有算法進行修改，并利用調試工具對程序進行調試。用戶也可將自己的實 驗研究成果(如某些新算法)添加到本平臺方法庫中，供他人借鑒和引用。 參數窗口 17顯示圖像處理過程中調用的函數和命令語句所包含的參數及提 示信息，用戶可以根據需要修改這些參數，該窗口最多支持八個參數設置。 圖像窗口 18顯示待處理或處理后的圖像，可以通過鼠標選取圖像中需要進 行處理的區域。變量窗口 19用于顯示圖象處理過程中中間變量的值，既可 顯示數值變量，也可以縮略圖的形式顯示圖像變量。
本發明的機器視覺教學創新實驗平臺，提供20個難易程度不同的創新 型實驗。第一到第十個實驗屬于圖像測量與圖像處理基礎問題，主要面向 本科生開設；第十一到第十五個實驗屬于模式識別類問題，主要面向碩士 研究生開設；最后五個實驗屬于當前機器視覺研究的熱點和前沿問題。這 些實驗分別是實驗一，物件尺寸測量與標定；實驗二，電子接插件參數 測量；實驗三，物件群孔面積測量；實驗四，工件圓弧半徑和線段長度測 量；實驗五，工件多參數測量；實驗六，工件邊緣與線段提取；實驗七， 表面劃痕檢測；實驗八，工件配準判定識別；實驗九，人民幣幣值識別； 實驗十，汽車牌照識別；實驗十一，回形針檢測識別；實驗十二，位置識
別——硬幣識別；實驗十三，形狀識別——中國地圖省份識別；實驗十四， OCR彩色數字識別；實驗十五， 一維條碼識別；實驗十六，多聚焦圖像信 息融合；實驗十七，多光照圖像信息融合處理；實驗十八，多類型零件的 機器學習與分類；實驗十九，開放式C + +語言程序互連；實驗二十，機 器視覺新算法研究驗證。通過這些實驗使學生能夠深入理解和扎實掌握有 關機器視覺、圖像測量、視覺檢測技術和模式識別等方面的基礎理論知識， 同時也使學生對工業自動生產線的產品視覺檢測判定模擬過程有直接的感 受；創新型實驗可以培養學生敢于挑戰機器視覺領域的技術難題，提高學 生獨立解決技術難題的能力，從而增強學生的探索興趣和創新意識。
權利要求
1、一種機器視覺教學創新實驗平臺，其特征在于，該實驗平臺包括一機箱(1)，機箱(1)內部設置有調速電機(5)，調速電機(5)通過傳動機構(6)帶動機箱(1)上面的檢驗臺底座(7)勻速旋轉，使放置在檢驗臺底座(7)上的被測樣品(8)與攝像機(10)對齊，機箱(1)的面板上設置調速旋鈕(3)，該調速旋鈕(3)用于根據測試任務的要求調整電機(5)的轉速；在機箱(1)的上方安裝有攝像機(10)，攝像機鏡頭周圍安裝有環形光源(9)，用于提供拍攝所需光照；攝像機(10)通過固定夾(11)安裝在水平支架(12)上，水平支架(12)與垂直支架(13)連接并固定在機箱(1)上，水平支架(12)在垂直支架(13)上下移動，以調節攝像機(10)的垂直高度，固定夾(11)在水平支架(12)上左右移動，以調節攝像機(10)的水平位置；在檢驗臺底座(7)上刻有若干標記，被測樣品(8)放置在標記位置，機箱(1)內部安裝有光電傳感器(4)，在檢驗臺底座(7)轉動過程中，當光電傳感器(4)檢測到標記位置時，表明被測樣品(8)處于攝像機(10)正下方，光電傳感器(4)向控制器發出信號啟動圖像獲取程序，由攝像機(10)拍攝被測樣品(8)圖像并保存；機箱(1)上的電源按鈕(2)控制整個系統的供電，包括整個實驗平臺的啟動以及對光電傳感器(4)、電機(5)、環形光源(9)和攝像機(10)部件的供電；光電傳感器(4)通過計算機并口發送圖像采集信號，攝像機(10)通過USB口將拍攝到的圖像傳送至計算機的圖像處理單元(14)中。
2、 如權利要求l所述的機器視覺教學創新實驗平臺，其特征在于，所述的圖像處理單元(14)內有用于支持機器視覺教學創新實驗的各種算法及其圖像處理軟件，圖像處理軟件平臺主要由4個子窗口組成，在主窗口 (15)內分別有代碼 窗口 (16)、參數窗口 (17)、圖像窗口 (18)和變量窗口 (19);代碼窗口 (16) 顯示實驗任務對應的源程序，代碼解釋模塊(20)從代碼窗口 (16)中獲取代碼，解釋并執行，對于具體的函數和語句調用相關模塊，其中，圖像處理算法就是從圖像處理模i央(21)調用的，用戶通過代碼窗口 (16)編制自己的圖像處理算法， 或者對已有算法進行修改，并利用調試工具對程序進行調試；參數窗口 (17)顯 示圖像處理過程中調用的函數和命令語句所包含的參數及提示信息，用戶可以根 據需要修改這些參數，該窗口最多支持八個參數設置；圖像窗口 (18)顯示待處 理或處理后的圖像，通過鼠標選取圖像中需要進行處理的區域；變量窗口 (19) 用于顯示圖象處理過程中中間變量的值，能夠顯示數值變量，或者以縮略圖的形 式顯示圖像變量。
全文摘要
本發明公開了一種機器視覺教學創新實驗平臺，包括機箱、電源按鈕、調速旋鈕、光電傳感器、電機、傳動機構、檢驗臺底座、環形光源、攝像機、攝像機支架和圖像處理單元，其中電源按鈕控制整個系統的供電，圖像處理單元內有用于實現機器視覺教學創新實驗的各種算法，圖像處理軟件平臺包括代碼窗口、參數窗口、圖像窗口和變量窗口；提供20個難易程度不同的創新型實驗，包括10個圖像測量與圖像處理基礎實驗，5個模式識別類實驗和5個機器視覺領域的研究熱點問題，通過實驗學生能夠深入理解和扎實掌握有關機器視覺、圖像測量和模式識別方面的基礎理論知識，對工業自動生產線的產品視覺檢測判定模擬過程有直接的感受，提高學生獨立解決技術難題的能力。
文檔編號G09B25/00GK101174368SQ200710018798
公開日2008年5月7日 申請日期2007年9月30日 優先權日2007年9月30日
發明者劉瑞玲, 張新曼, 毛立泉, 沈建坤, 鐘德星, 韓九強 申請人:西安交通大學