|
果到现在你还认为乐高积木仅仅是玩具的话，那么你应该看看这个模型，机器视觉（Machine Vision）可以说是很复杂的系统，但在这里，我们通过ROBOLAB软件轻松实现了一个基于机器视觉的积木分类器。
基于机器视觉的积木分类器
主要部件：RCX: 1 马达：2 光感：1 乐高摄像头：1
编程语言：ROBOLAB 2.5以上
特殊部件：4*4和4*6的黄色（或白色）积木块，本系统的目的就是将这两种大小不一样的积木区分开。
日期：
2002/3/13--2002/3/17 版本1.0 完成
2003/2/21 做了一些改动，增加了一个光感（安装在积木掉落区，用于检测积木是否掉落到分类传送带上面）。
未来的改进：
1．硬件部分
a． 添加加工部分，例如冲压等，使这个系统不但可以分类，还可以根据不同的积木进行不同的加工。
b．包装机，将分类好的积木打包。
c． 将上面多种功能合并在一起，组成一个完整的自动加工中心。
2．软件部分
更智能化，能分拣不同形状的积木，能避免各种意外情况，例如能避免两块或多块积木同时通过摄像头。
为什么需要视觉系统？
据统计，人类获得的信息有90%以上的来自于视觉（眼睛），可见视觉对人类的重要性。做一个很简单的试验，你先站立起来，然后闭上你的眼睛，现在，将你的一只脚提起，看一看你能支持多久，一般人很快就支持不住了，这是因为没有眼睛给你定位，如此简单的一个动作，同样需要视觉，可以想象它的重要性。
在很多领域里，机器视觉同样重要，在工业领域，机器视觉可以用于产品质量检测、分类，机器人定位，包装……，在医疗领域里，机器视觉可以用于病理分析、细胞统计……，在交通运输领域里，机器视觉可以用于集装箱的管理、交通事故判别、无需停车的收费站…。下面是一个工业用的机器视觉系统的系统图：
在汽车焊接工厂里，大量使用机器人来焊接，效率大大提高，但是，如何检测机器人焊接的质量呢？我们同样可以使用机器视觉系统。我曾经参观过一个啤酒瓶瓶盖的生产现场，每一条生产线在1秒钟就能生产40个瓶盖，在这些瓶盖中，有很小一部分质量有问题，例如密封圈不全、瓶盖印字不清楚等等。想象一下，如果使用人来检验，需要多少个人？100个？10000个？幸运的是，使用机器视觉，只要一套就可以了。也许你不相信，一瓶啤酒生产出来，只要通过十套机器视觉系统——瓶子质量检测、瓶盖检测、液面检测……
在日常生活中，我们最常见的机器视觉系统就是超市中的条形码阅读机（几乎每一个超市的收钱工作都由它完成！！！）。
模型的详细资料
整个系统与工业上的机器视觉系统类似，由生产流水线、摄像头、RCX、红外发射器和计算机组成。其系统图如下：
系统原理图
由于RCX本身并没有图像采集分析能力，所以由摄像头获得的图像首先进入计算机里（通过USB接口），在计算机里，我们通过ROBOLAB的影像中心（Vision Center）的运算（在这个系统中，主要计算积木的大小），然后，影像中心将计算结果通过红外发射器发送到RCX中，最后RCX根据这个结果控制流水线的方向，将两种大小的积木分在不同的地方。整个系统的实物图如下：
系统实物图（旧版本图，新版本多了一个光感）
整个系统的软件分两部分，一部分是Vision Center中的图像分析，另一部分是RCX的程序。
首先介绍图像分析，对于使用C语言，图像分析算法的编写一般非常复杂，对大部分人来说甚至是不可能完成的任务，但是，在ROBOLAB中，很多算法（例如二值化、数学形态、块[Blob]分析）已经做好，只要你设定一些参数就可以了，非常方便，当然图像处理的基本知识还是需要的。
在ROBOLAB中，摄像头可以看作一个可以自己定义功能的传感器，不过这个传感器不可以安装在RCX上，也不能直接使用RCX来读取数值。而是先通过计算机的运算（具体的算法可以自己来定义），然后通过红外发射器发射到RCX。
将积木放在摄像头可是范围内的传送带上面，我们可以看到一张彩色的积木图像。为了区分大小不同的积木，我们首先定义一个能计算积木大小的传感器，首先对图像二值化，根据光线条件选择不同的阀值，使黄色的积木从黑色的传送带分离出来，然后输出积木占整个画面的比例，如下图：
虽然处理后的结果并不完美，画面上面还有一些干扰信号，这是因为我们没有使用专业的灯光系统（在工业上使用机器视觉系统中，灯光系统非常重要，甚至决定整个系统是否成功。），另外，我们还没有使用去干扰的图像处理算法（例如数学形态等）。不过，对于我们的系统，这种效果已经足够了。在我这个模型中，大积木占了43%左右，小积木占了33%左右，我们选取38%作为中间值，用这个值来区分大小积木就可以了。
将这个传感器保存为BrickSorter，回到Vision Center，我们将BrickSorter作为保存在红色容器中，并不断将这个值发送到RCX中，其设定如下图：
在RCX的程序中，我们只要处理计算机发来的传感器的值就可以，程序如下：
在程序中，我们认定，如果传感器的值大于10，认为有积木到达摄像头拍摄范围内，如果在一定时间内（视传送带的速度而定）如果不超过38（就是上面所得到的中间值），就认为通过的是小积木，让马达C逆时针转动；相反，如果大于38，就认为是大积木，让马达C顺时针转动。
系统运行结果如下：
大小积木分别放在两边
| 
