机械工程－机电经验分享

自从来加拿大已经有3年半的时间了，生活学习已经积累了一些经验，其中有一段关于在大学期间做机械工程－－机电项目的经验，想分享给大家。

这是一门叫Sensors and Instrumentation的四年级专业课，这门课主要是讲关于各种感应器和它们的应用。从这门课一开始，教授就布置了这门课的工程项目－－用但摄像头测量物体即时尺寸和距离。随着课程的深入，我们逐渐了解了各个感应器的功能，接受外界条件并转化成电子信号，0或1，再把电子信号传输给处理器。不同的感应器能感受不同的外界环境，例如温度感应器和压力感应器。这个项目占总成绩的7％，完成额外项目（摄像头与物体成任意角度）可以提升到15％，误差不超过5％。这是一个非常有挑战性的项目，下面我就分享下我的小组是如何完成项目与额外项目的经验。

我们小组有4个人，我是组长，负责制定计划，分配任务，设计与审核的任务。刚开始，面对一个完全陌生的图像处理编程软件，LabView，束手无策的状态持续了很旧。 伴随着不断的尝试与摸索，对LabView的熟悉程度总不是很理想。在此同时，我们设计了很多思路。摄像头，一个图像感应器，他可以接受到外界信号并转化成数字信号。我们要用他测量物体的尺寸，就要把我们认知的单位转化成机器认知的单位，那就是长度转化成像素。经过缜密的思索，最终采用了我的设计，建立长度与像素的关系。7％的部分摄像头是垂直于物体的，所以不用担心角度。通过一次矫正便能建立起关系，思路是，通过LabView读取物体的像素，再实际测量物体的尺寸，建立不同的数学模型找到最佳的关系并加入摄像头到物体的参数，从而完成矫正。建立好模型后，保持摄像头的位置不变，无论如何换物体，读取出的像素总是能通过模型转化成距离。思路建立好后，我们开始了漫长的编程探索。经过几星期的实验，我们决定把图像进行threshold, 一张图分解成红，绿，蓝三原色。背景选取浅色，物体选取深色，过滤掉高亮，剩下的红色就是我们测量的物体。接下来就是极为复杂的编程工作。如果说画草图需要一个月，造模型需要一整年，我把编程工作比喻成最后的一年。经过一个月每个下午和晚上大量时间泡在实验室，组员们被磨得没了脾气，一个组员彻底放弃了，另一个沮丧无比，剩下一个已经不想再做下去了。放弃不是我擅长的，劝回两个组员，把我的设计方案详细介绍给大家，我们终于在截至日期前两天做了出来，并且误差在5％以内。这样7％就拿到了，我非常想拿到15％，而且项目做了这么久，只剩两天，我必须要继续下去。额外的部分很难，摄像头于物体不再是垂直的，同样长的物体在远端会比在近端短。原来的平面测量转换成了立体测量，简单的矫正已经不在适用。绞尽脑汁，我想出了把角度和项素结合起来设计。这个设计需要一次矫正，测量出摄像头的高度和于竖直平面夹角这两个已知量，再建立角度，像素与高度的关系模型（像素／角度），输入常量，计算机根据摄像头输入的像素，过滤掉编程设计好的背景，读出像素，通过模型计算出尺寸。完成这一步，再比较物体实际尺寸，结果是，成功了！这个结果不仅是两天泡在实验室的结果，还要再加上之前一个月付出的努力与一次次的失败。

最终的项目展示与演讲，我们组政府了教授，拿到了最高分。不仅结果误差惊人的小，而且还有两个窗口展示实际物体与过滤后的图像，达到实时测量的目标。通过这个项目，不仅锻炼了学术上的能力和领导队伍的能力，更重要的是我体验到了坚持不懈的重要性，别人嘴里听来的，书上看到的都是身外之物，只有自己亲身经历过的才是最深刻的。