一種基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法。首先，基于物方遠心鏡頭的遠心成像原理得到物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機模型；然后基于非線性阻尼最小二乘法得到物方遠心顯微視覺系統(tǒng)攝像機模型的迭代計算公式；最后，利用微球靶標在顯微視覺系統(tǒng)遠心深度范圍內(nèi)進行m次相對運動，結合迭代計算公式實現(xiàn)物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的標定。本發(fā)明的方法具有操作方便、標定精度高的特點，具有較好的應用前景。
【專利說明】一種基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人視覺測量與控制領域，具體涉及一種基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法。
【背景技術】
[0002]顯微視覺測量與控制是微操作與微裝配【技術領域】里的關鍵技術之一，包括顯微視覺系統(tǒng)標定、基于顯微視覺的位姿測量以及顯微視覺控制等技術，可廣泛應用于微機電系統(tǒng)、精密光電子工程、生物工程等領域。其中顯微視覺系統(tǒng)標定以2D圖像坐標系與3D世界坐標系之間關系的標定為研究內(nèi)容，是后續(xù)微零件位姿統(tǒng)一表述及控制的基礎。然而，顯微鏡頭成像系統(tǒng)復雜，尤其是對于常用的物方遠心鏡頭由于其遠心成像的特點，目前在常規(guī)視覺系統(tǒng)標定中常用的小孔模型已經(jīng)不適用，因此亟需研究一種適用于物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的標定方法。
[0003]目前國內(nèi)外對物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法的研究較少，其中LiDong等人給出了一種考慮鏡頭畸變情況下使用平面靶標來標定遠心鏡頭的方法，此方法需要特制的平面革巴標來進行標定。(參見文獻:D.Li, J.Tian.An accurate calibration method fora camera with telecentric lenses.0ptics and Lasers in Engineering, 2013(51):538-541)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法。
[0005]本發(fā)明的基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法，其特點是:首先基于物方遠心鏡頭的遠心成像原理得到物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機模型；然后基于非線性阻尼最小二乘法得到物方遠心顯微視`覺`系統(tǒng)攝像機模型的迭代計算公式；最后利用微球靶標在顯微視覺系統(tǒng)遠心深度范圍內(nèi)進行《次相對運動，結合迭代計算公式實現(xiàn)物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的標定。
[0006]本發(fā)明的基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法，其特點是:利用物方遠心顯微視覺系統(tǒng)特有的內(nèi)參數(shù)模型和外參數(shù)模型得到描述圖像坐標系和世界坐標系之間映射關系的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機模型:
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【權利要求】
1.一種基于微球IE標的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)標定方法，其特征在于，首先基于物方遠心鏡頭的遠心成像原理得到物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機模型；然后基于非線性阻尼最小二乘法得到物方遠心顯微視覺系統(tǒng)攝像機模型的迭代計算公式；最后利用微球靶標在顯微視覺系統(tǒng)遠心深度范圍內(nèi)進行?次相對運動，結合迭代計算公式實現(xiàn)物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的標定。
2.根據(jù)權利要求1所述的標定方法，其特征在于:所述利用物方遠心顯微視覺系統(tǒng)特有的內(nèi)參數(shù)模型和外參數(shù)模型得到描述圖像坐標系和世界坐標系之間映射關系的物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機模型:
3.根據(jù)權利要求2所述的標定方法，其特征在于:所述物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的內(nèi)參數(shù)模型是利用遠心鏡頭在遠心深度范圍內(nèi)成像大小不變的成像原理建立的:
4.根據(jù)權利要求1所述的標定方法，其特征在于:所述利用非線性阻尼最小二乘法的原理來求解物方遠心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機模型，且迭代計算公式的求解步驟為: a、將空間中的點Qi在世界坐標系中的坐標(?，_7?.，Zwi^和在圖像坐標系中的坐標(K，6)代入到基于權利要求1所述的攝像機模型中，由于/^，nr, Ox, Oy3r和\均可由兩坐標系間的旋轉角K, 〃，和L表示，則在內(nèi)參數(shù)模型中的未知量已知的情況下?個込點可以形成以ζ=(^，Θy, /7X，/7,)為未知矢量、由2?個方程組成的超定非線性方程組/Cr):
5.根據(jù)權利要求1所述的標定方法，其特征在于:所述微球靶的直徑數(shù)值小于遠心鏡頭的遠心深度數(shù)值。
6.根據(jù)權利要求1所述的標定方法，其特征在于，所述標定方法包括以下步驟: a、通過調(diào)整運動平臺(4)帶動標定物(2)進入顯微視覺系統(tǒng)的視野范圍，使標定物成像清晰； b、通過調(diào)整運動平臺(4)帶動標定物(2)在顯微視覺系統(tǒng)遠心深度范圍內(nèi)進行?次相對運動夕3，其中這m次運動中至少要覆蓋兩個不同的遠心深度；記錄標定物的圖像坐標和運動平臺(4)的位移量，得到《組數(shù)據(jù)(^，Ki)和Criri, &,.)，并將這《組數(shù)據(jù)代入到公式(I)中得到由2m個方程組成的方程組(3)； C、計算迭代矩陣C {xk)； d、應用物方遠心顯微視覺系統(tǒng)攝像機模型的迭代計算公式(9)進行求解；選取初始值進行迭代，在迭代過程中直到兩相鄰向量Z差的二范數(shù)小于某閥值時停止迭代，即可得非線性阻尼最小二乘法下的`最優(yōu)解θR, /7X，/7,)從而實現(xiàn)標定。
【文檔編號】G06T7/00GK103778640SQ201410080921
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權日:2014年3月7日
【發(fā)明者】沈飛, 吳文榮, 余大海, 杜凱, 徐德, 張娟, 張正濤, 李波, 唐永建 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心