過去幾年裏，運動控製係統已經把機器視覺作為(wei) 其關(guan) 鍵部分。越來越多的工程師和科研人員認識到當前的機器視覺技術和運動控製技術相結合對於(yu) 解決(jue) 複雜應用問題有相當大的幫助。軟硬件技術的發展也促進了運動控製和機器視覺係統的結合，並降低了它們(men) 的開發難度和開發成本。在設計這種係統時，了解目前的技術發展、方法以及開發工具會(hui) 對您的工作提供很大的幫助。

　　當您開發一個(ge) 視覺導引運動控製係統時，有很多方麵需要考慮。其中重要的一點就是如何建立該係統。比如一個(ge) 視覺導引運動控製係統用於(yu) 在移動電話上安裝機蓋，每次電話的位置和方向可能有所不同。為(wei) 了使問題變得簡單，假定移動電話放置在X-Y-Theta工作台來校正位置以及方向。視覺係統用來定位機蓋並測量電話移動到正確位置運動係統需要移動的方向和距離。開發這樣的係統也有很多的問題必須考慮到，例如視覺單元如何和運動單元關(guan) 聯來保證把部件移動到位。在運動和視覺單元之間建立通信需要校準。如圖1所示，在校準一個(ge) 視覺導引運動控製係統時，需要按照以下幾個(ge) 步驟進行：首先，您需要校正圖像係統的所有失真，它們(men) 有可能導致錯誤的測量距離被傳(chuan) 遞到運動控製係統上； 
然後，您需要把圖像測量的距離（通常用像素表達）和工作台或電機測量的距離（通常用步進的次數或計數值）聯係起來；最後，您需要把運動控製係統與(yu) 視覺坐標係統相關(guan) 聯，從(cong) 而校正兩(liang) 個(ge) 係統的偏移。這種圖像測量距離到運動控製距離的轉換依賴於(yu) 很多的參數，其中包括相機和被測物體(ti) 間的距離以及鏡頭的類型。相機焦距的改變會(hui) 使得物體(ti) 成像的大小有所不同，因此測量的結果也會(hui) 與(yu) 相機移動之前有所不同。一個(ge) 簡單的視覺和運動控製係統框圖如圖1所示。

　　常見失真的校正

　　當校正運動控製部分在2維平麵上的視覺導引運動控製係統時，應該確保您的相機垂直於(yu) 該平麵或工作台。如果相機不垂直，那麽(me) 圖像將有透視性失真，就是說對於(yu) 一個(ge) 各部分尺寸相同的物體(ti) ，距離相機近的部分會(hui) 比顯得比距離相機遠的部分要大。某些軟件包，如NI視覺軟件，可以使用某些校準算法來校正這些透視性失真。

　　在校準係統時鏡頭失真也一種誤差源。鏡頭失真來自於(yu) 鏡頭邊緣的變形。這會(hui) 導致直線在圖像邊緣上變成曲線。像透視性失真一樣，鏡頭失真可以使用某些圖像處理軟件如NI 視覺軟件的特定功能在進行校正。

　　關(guan) 聯視覺單元和運動控製單元

　　校準視覺導引運動控製係統可以通過多種方法來實現。最簡單的方法是通過實驗利用機器視覺和運動控製單元采集到的數據來校準係統。使用這種方法，您可以移動運動控製係統到多個(ge) 工作點並使用機器視覺係統來測量其運動的的距離。利用所采集到的數據，您可以確定計算出從(cong) 相機的像素值與(yu) 工作台運動之間的等式關(guan) 係，比如說編碼器的計數單位。回到移動電話撿取和放置的例子，假定您的工作台向X方向移動了1cm，您使用相機觀察到工作台在X方向移動了100像素。您就可以建立一個(ge) 校準常量0.01 cm/像素，它說明您在工作台上所測量的0.01 cm相當於(yu) 1個(ge) 像素。

　　圖2 用於(yu) 關(guan) 聯視覺單元和運動控製單元的LabVIEW 代碼。

　　關(guan) 聯運動坐標係統和視覺坐標係統

　　在消除或校正了圖像係統的失真影響後，另一個(ge) 您在設計係統時要防範的問題是確保相機的坐標係統和運動控製的坐標係統同軸。根據具體(ti) 的應用以及您所要獲得的精度，同軸性可能會(hui) 成為(wei) 提高性能的最關(guan) 鍵環節。相機和運動控製坐標係統不嚴(yan) 格同軸會(hui) 導致指令的偏差。例如，如果您使用不同軸的工作台和相機，當物體(ti) 在工作台上沿X方向向移動時相機會(hui) 記錄工作台在X方向和Y方向同時移動。使用坐標轉換可以校正坐標係統的偏移。坐標轉換可以把一個(ge) 坐標係統（工作台坐標係統）轉換為(wei) 另一個(ge) 坐標係統（相機的坐標係統）。例如機器人應用中經常會(hui) 用到這些坐標變換技術來根據獲取的信息確定最終的執行係統應該怎樣工作。在下圖中，黑色為(wei) 相機坐標係統，綠色為(wei) 工作台坐標係統，二者相差一定的角度。

　　圖3：坐標係統的不同軸會(hui) 導致運動控製係統與(yu) 視覺係統距離換算時出現偏差。