【机器视觉及应用】试题解析
一、机器人的硬件和软件构成
机器人的硬件系统主要包含以下几个关键组成部分：
1. 机械手或移动车：作为机器人的主体，它由连杆、关节等构造组成，允许机器人在三维空间中移动。
2. 末端执行器：连接在机器人最后一个关节上，通常用于抓取物体或执行特定任务。
3. 驱动器：驱动机器人各个关节运动，常见的驱动方式有伺服电机、步进电机、气缸和液压缸等。
4. 传感器：用于获取机器人内部状态信息或与外部环境交互，如位置、速度、力等传感器。
5. 控制器：接收计算机指令，控制驱动器动作，并结合传感器反馈信息协调机器人运动。
6. 处理器：机器人的“大脑”，负责计算关节运动、规划路径并监督控制器和传感器的协同工作。
机器人的软件系统主要包括：
1. 操作系统：为计算机提供运行平台。
2. 机器人软件：根据机器人运动方程计算关节动作，将指令发送给控制器，有不同级别的编程语言实现。
3. 例行程序和应用程序：针对外部设备的接口和特定任务的定制程序，如视觉系统软件。
二、图像处理的基本方法
图像处理主要分为两种类型：
1. 模拟处理：包括光学处理和电子处理，如照相、遥感图像处理、电视信号处理等。电视图像就是模拟信号处理的实例。
2. 数字图像处理：使用计算机进行处理，也称为计算机图像处理。主要方法有空域法和变换域法：
- 空域法：直接处理像素集合，实现如平滑、锐化等操作。
- 变换域法：先进行傅里叶或其他正交变换，然后在变换域进行处理，如滤波、增强，最后反变换回空间域。
三、傅立叶变换在图像处理中的应用
1. 图像保存：傅立叶变换可以实现无损压缩，将图像以高效编码形式存储。
2. 图像滤波：在傅立叶域中选择性地改变系数，可以实现特定频率成分的过滤。
3. 图像增强：调整变换域的系数以增强或抑制特定特征，实现图像细节的提升或噪声消除。
4. 图像复原：通过傅立叶变换和适当的反卷积技术，可以恢复因成像过程退化而损失的图像质量。
四、国内外机器人技术现状与发展
1. 国内现状与发展方向：
- 我国在工业机器人设计制造、控制系统开发等方面已取得一定进展，开发出多种应用机器人，如喷涂、焊接、装配等。
- 智能机器人和特种机器人在技术研发上取得突破，如水下机器人等处于国际领先水平。
- 但在多传感器信息融合、自主控制、智能装配等领域与国际先进水平存在差距。
2. 国外现状与发展趋势：
- 工业机器人性能不断提升，价格下降，易于操作和维护。
- 机械结构趋于模块化和可重构化，适应更多应用场景。
- 控制系统采用基于PC的开放式控制器，利于标准化和网络化。
- 开发研究方向包括机器人智能化、人机协作、自适应控制等前沿技术。
机器视觉及其应用是机器人技术中的重要组成部分，涉及到图像处理、控制理论等多个领域。随着技术的进步，机器人在工业、服务、医疗等领域的应用将更加广泛，对硬件和软件的要求也会越来越高。
