專利名稱：一種視覺(jué)系統(tǒng)外部參數(shù)標(biāo)定過(guò)程中直線標(biāo)定物傾斜的補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視覺(jué)系統(tǒng)外部參數(shù)標(biāo)定過(guò)程的補(bǔ)償方法，屬于機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)領(lǐng) 域，用于視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)外部參數(shù)的標(biāo)定物標(biāo)定過(guò)程。
背景技術(shù)：
在視覺(jué)裝配系統(tǒng)中，視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)定對(duì)裝配精度有非常重要的意義。視覺(jué)系統(tǒng)外 部參數(shù)的標(biāo)定確定視覺(jué)系統(tǒng)各組成功能模塊坐標(biāo)系之間的平移關(guān)系和旋轉(zhuǎn)關(guān)系，對(duì)于零件 精密定位和小誤差裝配的實(shí)現(xiàn)十分關(guān)鍵。目前，視覺(jué)系統(tǒng)外部參數(shù)的標(biāo)定主要有基于標(biāo)定物的標(biāo)定方法和系統(tǒng)自標(biāo)定方 法?；跇?biāo)定物的傳統(tǒng)標(biāo)定法對(duì)攝像機(jī)類型要求低，標(biāo)定精度較高，但是標(biāo)定過(guò)程比較復(fù) 雜，對(duì)標(biāo)定物的制作精度要求很高孫紅，孫明，中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)論文 集，2005，358-362。系統(tǒng)自標(biāo)定方法通過(guò)控制攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)得到圖像序列，利用從圖像序列 的匹配信息中得到的約束關(guān)系來(lái)計(jì)算攝像機(jī)模型的參數(shù)，但是多參數(shù)的計(jì)算過(guò)程非常復(fù) 雜，對(duì)主動(dòng)視覺(jué)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度要求非常高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，精度相對(duì)也較低裴 明濤，賈云得，北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006 (26)，27-30。在精密裝配領(lǐng)域內(nèi)，由于裝配精度高， 攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)變化小，因此基于標(biāo)定物的標(biāo)定方法使用較為廣泛。例如，基于雙攝像機(jī)的基點(diǎn)轉(zhuǎn)換方法在待檢測(cè)坐標(biāo)系中分別架設(shè)攝像機(jī)，在空間 固定位置安裝標(biāo)定物，雙攝像機(jī)對(duì)標(biāo)定物特征點(diǎn)成像確定其在各自坐標(biāo)系內(nèi)的平移矩陣和 旋轉(zhuǎn)矩陣，然后利用三角關(guān)系確定待測(cè)坐標(biāo)系之間的夾角關(guān)系和平移關(guān)系莊光明，崔建 偉，彭作祥，計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2010 (46)，45-47。但雙攝像機(jī)架設(shè)方式相對(duì)成本較大，對(duì) 系統(tǒng)剛度要求較高，特征點(diǎn)成像的圖像處理一致性也比較難以統(tǒng)一。另外一種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方 法將標(biāo)定物固定于待檢測(cè)坐標(biāo)系中，運(yùn)動(dòng)模塊帶動(dòng)標(biāo)定物運(yùn)動(dòng)引起圖像上特征信息的變 化，以此確定待測(cè)坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，最終通過(guò)相對(duì)關(guān)系轉(zhuǎn) 換確定各待測(cè)坐標(biāo)系之間的空間關(guān)系王兵振，劉文耀，光電工程，2006(33)，119-122。此 外，建立總優(yōu)化模型，通過(guò)計(jì)算雅可比陣，利用高斯-牛頓迭代法最小化模型可以較好地提 高系統(tǒng)檢測(cè)精度毛劍飛，諸靜，機(jī)器人，2004 (26)，139-144。綜上所述，標(biāo)定物運(yùn)動(dòng)時(shí)的特征檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)較為容易。但是其對(duì)標(biāo)定物特征的 可判斷性要求相對(duì)較高，尤其是使用特征直線平移判斷法需要將標(biāo)定物特征直線通過(guò)回轉(zhuǎn) 平臺(tái)調(diào)整至與圖像坐標(biāo)軸平行；沒(méi)有回轉(zhuǎn)平臺(tái)時(shí)則需要手工調(diào)平，難度非常大，且標(biāo)定直線 和圖像坐標(biāo)軸不平行時(shí)會(huì)使標(biāo)定結(jié)果引入誤差，在工程應(yīng)用中存在較大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)間題是提供一種視覺(jué)系統(tǒng)外部參數(shù)的標(biāo)定物標(biāo)定過(guò)程中的 補(bǔ)償方法，無(wú)需對(duì)標(biāo)定物直線與圖像坐標(biāo)軸進(jìn)行平行度調(diào)整，直接通過(guò)對(duì)直線標(biāo)定物圖像 傾斜的情況進(jìn)行算法補(bǔ)償，獲得正確的視覺(jué)系統(tǒng)外部參數(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下首先確定攝像機(jī)的橫向分辨率為M，然后將帶有特征直線的標(biāo)定板固定在待檢測(cè)
模塊坐標(biāo)系的特定位置，以保證特征直線在全局檢測(cè)范圍內(nèi)不存在視覺(jué)遮擋。在標(biāo)定板固
定時(shí)，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)觀察保證特征直線與圖像坐標(biāo)軸平行。標(biāo)定板固定后，視覺(jué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)
到特征直線一端并采集第一幅圖像，圖像處理模塊處理特征直線并提取直線邊界直線。然
后視覺(jué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到距離第一點(diǎn)L距離的特征直線另一端采集第二幅圖像，同樣進(jìn)行特征直
線邊界的提取。檢測(cè)得到第一幅圖像的特征直線左側(cè)極值點(diǎn)和右側(cè)極值點(diǎn)的像素差絕對(duì)
值為AQ= IQ1-Al,第一幅圖像和第二幅圖像同側(cè)極值點(diǎn)的像素差為AP = P1-P2,假設(shè)需
要得到的檢測(cè)坐標(biāo)系和視覺(jué)坐標(biāo)系之間的夾角為θ，結(jié)合傾斜直線的補(bǔ)償處理算法等式
權(quán)利要求
1. 一種視覺(jué)系統(tǒng)外部參數(shù)標(biāo)定過(guò)程中直線標(biāo)定物傾斜的補(bǔ)償方法，其特征在于如下步驟，確定系統(tǒng)使用的CCD攝像機(jī)的橫向分辨率為M ；將表面帶特征直線的標(biāo)定物4固定在 待檢測(cè)運(yùn)動(dòng)模塊5的無(wú)視覺(jué)遮擋位置；固定時(shí)通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)觀察使特征直線與圖像坐標(biāo)軸 平行；視覺(jué)系統(tǒng)X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6和視覺(jué)系統(tǒng)Z向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌3協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)至特征直線右側(cè)部分 并采集直線邊界圖像1，經(jīng)后臺(tái)圖像處理得到圖像1中特征直線邊界左側(cè)極值點(diǎn)和右側(cè)極 值點(diǎn)縱向像素坐標(biāo)差值Δρ以及右側(cè)極值點(diǎn)縱向像素坐標(biāo)值yi ；然后，視覺(jué)系統(tǒng)X向運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌6和視覺(jué)系統(tǒng)Z向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌3協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)至特征直線左側(cè)部分并采集直線邊界圖像2， 經(jīng)后臺(tái)圖像處理得到圖像2中特征直線邊界右側(cè)極值點(diǎn)縱向像素坐標(biāo)值y2 ；此時(shí)根據(jù)圖像 1到圖像2中特征直線縱向變化方向判斷視覺(jué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的傾角，同時(shí)根據(jù)圖像1中直線的 傾斜方向判斷特征直線的傾角；最后，如果視覺(jué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)傾角和特征直線傾角方向一致，將Δρ, yi; y2代入補(bǔ)償計(jì)算公式
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種視覺(jué)系統(tǒng)外部參數(shù)傳統(tǒng)標(biāo)定過(guò)程中的補(bǔ)償處理方法，補(bǔ)償視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定時(shí)標(biāo)定物傾斜引入的檢測(cè)誤差。采用標(biāo)定直線標(biāo)定系統(tǒng)外參數(shù)時(shí)，單靠人工放置不能夠保證標(biāo)定直線與圖像坐標(biāo)系橫向中心線平行。這時(shí)視覺(jué)系統(tǒng)分別運(yùn)動(dòng)到標(biāo)定直線兩個(gè)位置采集兩幅直線圖像，然后通過(guò)圖像處理和邊緣檢測(cè)方法獲得單幅圖像內(nèi)直線邊界左右極限點(diǎn)的像素坐標(biāo)差值ΔQ和兩幅圖像內(nèi)的直線邊界同側(cè)極值點(diǎn)的像素坐標(biāo)差值的絕對(duì)值ΔP，確定系統(tǒng)采用的CCD攝像機(jī)橫向分辨率M后，將上述檢測(cè)到的數(shù)據(jù)代入標(biāo)定補(bǔ)償公式或者即可獲得目標(biāo)坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)變換矩陣的轉(zhuǎn)角值。本發(fā)明的補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單易懂，有效克服標(biāo)定直線傾斜的影響，保證系統(tǒng)外參標(biāo)定的精度。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102063721SQ20111000200
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者張習(xí)文, 朱萃, 王曉東, 羅怡 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)