机器人及视觉技术实验指导书

1、机器人及视觉技术实验指导书浙江工业大学机械学院2012年1月目录第一部分：基础编程方法 3（一）、实验目的 3（二）、实验设备 3（三）、实验方法 3第二部分：分组实验内容 18题目一：基于机器视觉的叶片面积测量系统 18题目二：基于机器视觉的硬币计数系统 18题目三：基于机器视觉的实时测距系统 18题目四：基于机器视觉的实时定位系统 18题目五：基于机器视觉的水果识别系统 19题目六：基于机器视觉的目标位姿测定系统 19题目七：基于机器视觉的形状识别系统 19第一部分：基础编程方法（一）、实验目的1、了解VC6.0的运行环境及基本操作；2、了解基于对话框的程序的编写；3、了解PC机USB摄像

2、头的控制；4、熟悉数字图像的存储形式以及常用处理方法；5、利用VC对摄像头对图像进行采集与处理。（二）、实验设备1、硬件环境：PC机与USB摄像头；2、软件环境：Windows操作系统、VC6.0编辑器、OpenCV1.0开源库。（三）、实验方法编写程序前，首先下载OpenCV1.0，下载地址：，按照网站的“VC6下安装与配置OpenCV1.0”，对VC和操作系统进行设置，正确操作完成后，按照下面的步骤编写程序。一、开始菜单Microsoft Visual Studio 6.0 Microsoft Visual C+ 6.0，如图1所示，VC6.0运行界面如图2所示。图1图2二、File ne

3、w弹出图3所示的对话框。图3在对话框中选择“MFC AppWizard(exe”，并在“Project name”对话框中填写程序名称，点击“OK”退出对话框。图4三、添加文件至camera文件下，包括“DirectShow”文件夹、“CameraDS.cpp”和“CameraDS.h”。图5四、将工程文件的树形结构展开，添加“CameraDS.cpp”至“Source Files”，添加“CameraDS.h”至“Header Files”。右键单击“Source Files”弹出菜单，选择“Add Files to Folder”，弹出窗口，选择“CameraDS.cpp”文件，并确定；同

4、理添加“CameraDS.h”文件。添加后，这两个文件出现在目录树中。 图6五、项目配置，Project Setting弹出图7所示的对话框，选择“C+”标签页，在“Category”中选择“preprocessor”，在“Additional include directories”中添加“DirectShow/Include”；选择“Link”标签页，在“Category”中选择“Input”，在“Additional include path”中添加“DirectShow/Lib”；在“Object/library modules”中添加“cxcore.lib cv.lib cvaux.

5、lib highgui.lib cvcam.lib”。选择“C+”标签页，在“Category”中选择“Precompiled Headers”，修改默认选项为“Automatic use of precompiled headers”。 图7六、编译程序，打开对话框资源，如图8所示。图8七、将“Picture”控件拖入窗口，设置合适的大小，并修改其属性，更改ID为“IDC_PICL”，“IDC_PICR”。图9八、在“cameraDlg.h”中添加头文件，camerads.h、highgui.h、 。图10九、在CCameraDlg类中（即在cameraDlg.h文件中），添加公共变量。CD

6、C *pDCL, *pDCR ; /图形设备环境指针HDC hDCL, hDCR ; /设备上下文的句柄CRect rectL, rectR; /窗口区域CCameraDS camera ; /CCameraDS类的对象CvvImage m_imageL ;/左窗口图像数据CvvImage m_imageR ;/右窗口图像数据int m_iWidth; /图像宽度int m_iHeight; /图像高度bool m_bCameraOpen ;/判断图像是否已经打开，标志变量int cam_count; /摄像头数目bool m_bImageShow ; /图像是否正在显示图11十、对上述定义的

7、部分变量进行初始化，初始化放在构造函数中。m_iWidth = 320 ;m_iHeight = 240 ;m_bCameraOpen = false ;m_bImageShow = false ;图12十一、添加按钮，实现查找摄像头，并对摄像头进行初始化。void CCameraDlg:OnOpenCamera( /将代码添加到这个函数中图13void CCameraDlg:OnOpenCamera( if(m_bCameraOpenreturn ;cam_count = CCameraDS:CameraCount(; if(!cam_countMessageBox(未查找到摄像头!,MB_

8、ICONINFORMATION;else/获取所有摄像头的名称CString str ;for(int i=0; i 0str.Format(编号为%d摄像机的名字为%s,i,camera_name ;/MessageBox(str,MB_ICONINFORMATION;elsestr.Format(不能获得编号为%d摄像机的名字,i ;MessageBox(str,MB_ICONINFORMATION; /左边显示窗口设置关联pDCL = GetDlgItem(IDC_PICL-GetDC( ;hDCL= pDCL-GetSafeHdc(;GetDlgItem(IDC_PICL-GetCli

9、entRect(&rectL;/右边显示窗口设置关联pDCR = GetDlgItem(IDC_PICR-GetDC( ;hDCR= pDCR-GetSafeHdc(;GetDlgItem(IDC_PICR-GetClientRect(&rectR;if(!camera.OpenCamera(0,0,320,240MessageBox(不能打开摄像头!,MB_ICONINFORMATION; elseMessageBox(摄像头初始完毕!,MB_ICONINFORMATION;m_bCameraOpen = true ; 十二、添加多线程函数，实现图像的采集和处理。 图14UINT CCame

10、raDlg:ReceiveThread(void *paramCCameraDlg *pDlg = (CCameraDlg*param ;while(1if(!pDlg-m_bImageShowreturn 0 ;/获取一帧IplImage *pFrame = pDlg-camera.QueryFrame(;/左边显示窗口，显示原始图像pDlg-m_imageL.CopyOf(pFrame;SetRect(pDlg-rectL, 0,0,pFrame-width,pFrame-height; pDlg-m_imageL.DrawToHDC(pDlg-hDCL,&(pDlg-rectL;/可以添

11、加一个函数用于图像处理，将处理后的结果显示在右边窗口/图像处理函数到添加这里/右边显示窗口，显示处理后的图像pDlg-m_imageR.CopyOf(pFrame,1;SetRect(pDlg-rectR, 0,0,pFrame-width,pFrame-height;pDlg-m_imageR.DrawToHDC(pDlg-hDCR,&(pDlg-rectR;/延时200毫秒Sleep(200 ; return 0 ;十三、为按钮“显示图像”添加函数，调用线程函数。void CCameraDlg:OnImageShow( if(!m_bCameraOpenreturn ;m_bImageSh

12、ow = true ;AfxBeginThread(ReceiveThread, this ; 图15十四、添加“停止显示”按钮，并为其添加函数。图16void CCameraDlg:OnImageStop( m_bImageShow = false ;十五、由此编译程序，并运行，可以得到17所示的界面，因为没有添加图像处理函数，所以两个窗口得到的画面一致。图17十六、添加图像处理函数。 图18void CCameraDlg:ImageThreshold(char *pImageData, int width, int height, int nChannels, int widthStepc

13、har *RImageData,*GImageData,*BImageData ;for(int i=0; i height; i+for(int j =0 ; j width; j+RImageData = pImageData + i*widthStep + j*nChannels + 2 ;GImageData = pImageData + i*widthStep + j*nChannels + 1 ;BImageData = pImageData + i*widthStep + j*nChannels + 0 ;if(uchar*RImageData ImageThreshold(pF

14、rame-imageData,pFrame-width,pFrame-height,pFrame-nChannels,pFrame-widthStep ;图19十八、程序运行结果。图20十九、添加“关闭摄像头”按钮，并为其添加函数。图21void CCameraDlg:OnCloseCamera( if(m_bImageShowMessageBox(请先停止显示图像!,MB_ICONINFORMATION;return ;if(m_bCameraOpencamera.CloseCamera(;m_bCameraOpen = false ; 提示：在对程序进行参数配置完毕，添加代码的同时，建议对

15、程序少有改进，即进行编译处理，以检查是否出现错误。如果出现很多错误，使用菜单Build-Rebuild All，对程序进行完全编译。第二部分：分组实验内容在熟悉以上基本操作步骤的基础上，进行5-7人分组实验，实验题目可在以下题目中选择或自行定义，通过教师审核后，开始实验。题目一：基于机器视觉的叶片面积测量系统基本要求：将一叶片放置在摄像头正下方（图像采集背景自制，背景不能更换），采集一幅图像保存至计算机，程序能够计算出该叶片的实际面积（以平方毫米为单位）。叶片测试对象不少于40片。程序其他功能可自由添加。作业上交内容：可正确执行的程序源代码，程序开发文档（主要介绍程序编写过程、采用的算法、测试

16、的数据统计等）。题目二：基于机器视觉的硬币计数系统基本要求：将多个硬币（若干个一元、五角、一角）放置在摄像头正下方（图像采集背景自制），计算机能实时给出图像中硬币的数量，并实时显示在程序界面上。程序其他功能可自由添加。作业上交内容：可正确执行的程序源代码，程序开发文档（主要介绍程序编写过程、采用的算法、测试的数据统计等）。题目三：基于机器视觉的实时测距系统基本要求：将一个特征比较明显的物体放置在摄像头正前方（目标物体自选），计算机能实时给出目标与摄像头中心的距离（单位：毫米），并实时显示在程序界面上。程序其他功能可自由添加。作业上交内容：可正确执行的程序源代码，程序开发文档（主要介绍程序编写过

17、程、采用的算法、测试的数据统计等）。题目四：基于机器视觉的实时定位系统基本要求：将一个物体（目标物体自选）放置A4纸上，移动物体，计算机能实时给出物体相对于A4纸张的位置（单位：毫米），坐标系以A4纸的一角为基准原点，两个边分别为X、Y轴，计算结果实时显示在程序界面上。程序其他功能可自由添加。作业上交内容：可正确执行的程序源代码，程序开发文档（主要介绍程序编写过程、采用的算法、测试的数据统计等）。题目五：基于机器视觉的水果识别系统基本要求：将某种水果放置在摄像头正下方（图像采集背景自制，背景不能更换），程序能够识别出是哪种水果（指定几种水果中的一种，品种种类不小于5种），并将结果显示在程序界面上。程序其他功能可自由添加。作业上交内容：可正确执行的程序源代码，程序开发文档（主要介绍程序编写过程、采用的算法、测试的数据统计等）。题目六：基于机器视觉的目标位姿测定系统基本要求：将一个圆珠笔（也可以选择其他物体）放置在摄像头正下方（图像采集背景自制，背景不能更换），计算机能给出物体在图像中的位姿（单位：像素），位姿包含两