一种机器视觉定位方法，该方法采用两个普通摄像头共同完成检测任务，其中，一个为位置固定的摄像头，离被测目标平面距离较远，用于摄取目标物体的全局图像，称为远距离摄像头；另一个固定在机械手上，离被测目标平面距离较近，可以在被测目标平面上运动，用于摄取感兴趣部位的近距离图像，称为近距离摄像头；其步骤包括： （１）对远距离摄像头进行标定，确定其成像平面与被测目标平面之间的对应坐标转换关系，并确定近距离摄像头成像平面上的像素距离与实际物理距离之间的比例关系； （２）将待检测的目标物体放置在被测目标平面上，用远距离摄像头拍摄一张包含这个目标物体的全局图像； （３）在所拍摄的全局图像上确定目标物体上的感兴趣部位，并记下感兴趣部位中心的图像坐标（ｕ↓［ｉ１］，ｖ↓［ｉ１］），ｉ＝１，…，ｍ，共ｍ个感兴趣部位，其中，ｍ≥１； （４）根据步骤（１）得到的远距离摄像头其成像平面与被测目标平面之间的对应坐标转换关系，将步骤（３）记下的感兴趣部位中心的图像坐标转换为实际坐标（ｘ↓［ｉ１］，ｙ↓［ｉ１］），ｉ＝１，…，ｍ； （５）利用机械手移动近距离摄像头到感兴趣部位中心的实际坐标处，其中，感兴趣部位的中心位置与近距离摄像头成像平面中心相吻合，拍摄该部位的近距离图像； （６）在上述感兴趣部位的近距离图像中确定感兴趣部位的图像坐标，根据此图像坐标与近距离摄像头成像平面中心的位置关系，利用步骤（１）得到的近距离摄像头成像平面上的像素距离与实际物理距离之间的比例关系，将上述感兴趣部位的近距离图像的图像坐标转化为实际坐标，得到该感兴趣部位的实际信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器视觉在工业上的应用领域，具体涉及，该方法利用两个普通摄像头高精度地获得较大场景内的目标物体局部感兴趣部位的细节信息，如线段精确长度、焊点具体位置等。
技术介绍
在现代工业自动化生产中，越来越多地应用到机器视觉技术，涉及到各种各样的检查、测量和加工，例如激光雕刻、印刷电路板管脚焊接、激光打孔、商标裁剪等。这类应用的共同点是需要连续大批量生产，对产品的质量有很高的要求。这种工作带有高度的重复性，通常由人工检测来完成。如果单纯地靠增加检测工人数目来完成这道工序，势必会给工厂增加巨大的人工成本和管理成本，并且，由于人眼长时间做同一件事情会出现疲劳，增加检错的概率，故而仍然不能保证100％的检测合格率。因此，把机器视觉技术引入到工业生产中存在巨大的价值。目前，针对平面物体的测量或者检测的研究基本都采用一个摄像头，如中国专利文献基于单幅图像的平面测量方法(其公开号为CN1427245，公开日为2003.07.02)和基于平行线的单视平面测量方法(其公开号为CN1427246，公开日为2003.07.02)，但由于摄像头需要检测一个较大的区域，当同时需要对整个区域的某些局部感兴趣部位进行精确观察并实时对这些部分进行必要处理时，比如对电路板焊点进行较细致的检测并焊接时，那么就需要一个高质量的摄像头，否则就无法对局部感兴趣部位进行精确分析，这样必然会使设备成本偏高。现有的工业界的机器视觉应用，要么检测精度不够高，要么为了达到高精度而增加设备的成本。目前，工业界主要采用一个高质量的摄像头来对流水线上的产品进行检测，这样整套设备就较昂贵。本专利技术可以在保证同等高精度的同时，降低摄像头部分的设备成本，尤其适用于需要使用机械手在被测目标平面上运动的应用系统，如激光雕刻、激光切割、机械焊接等系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法可以以低廉的设备成本，来获取目标物体局部感兴趣位置的高精度信息。本专利技术提供的机器视觉定位方法，采用两个普通摄像头共同完成检测任务，其中，一个为位置固定的摄像头，离被测目标平面距离较远，用于摄取目标物体的全局图像，称为远距离摄像头；另一个固定在机械手上，离被测目标平面距离较近，可以在被测目标平面上运动，用于摄取目标物体感兴趣部位的近距离图像，称为近距离摄像头。其步骤包括(1)对远距离摄像头进行标定，确定其成像平面与被测目标平面之间的对应坐标转换关系，并确定近距离摄像头成像平面上的像素距离与实际物理距离之间的比例关系；(2)将待检测的目标物体放置在被测目标平面上，用远距离摄像头拍摄一张包含该目标物体的全局图像；(3)在所拍摄的全局图像上确定目标物体上的感兴趣部位，并记下感兴趣部位中心的图像坐标(ui1，vi1)，i＝1，...，m，共m个感兴趣部位，其中，m≥1；(4)根据步骤(1)得到的远距离摄像头成像平面与被测目标平面之间的对应坐标转换关系，将步骤(3)记下的感兴趣部位中心的图像坐标转换为实际坐标(xi1，yi1)，i＝1，...，m；(5)利用机械手移动近距离摄像头到感兴趣部位中心的实际坐标处，感兴趣部位的中心位置与近距离摄像头成像平面中心相重合，拍摄该部位的近距离图像；(6)在上述感兴趣部位的近距离图像中确定感兴趣部位的图像坐标，利用步骤(1)得到的近距离摄像头成像平面上的像素距离与实际物理距离之间的比例关系，将上述感兴趣部位的近距离图像的图像坐标转化为实际坐标，得到该感兴趣部位的实际信息。本专利技术利用多项式标定方法对远距离摄像头进行标定，消除了摄像头的径向畸变、切向畸变等畸变影响，能够比较准确地确定成像平面与被测目标平面之间的对应坐标转换关系；然后利用机械手移动近距离摄像头到感兴趣部位中心进一步精确确定目标物体的感兴趣部位的细节信息，可以根据实际应用需要对获得的细节信息作进一步处理。由于普通摄像头价格低廉，使用两个摄像头，与使用一个摄像头相比，成本相似，检测的精度却大大提高；并且，与使用高精度昂贵的单摄像头机器视觉系统相比，成本要低很多。附图说明图1为本专利技术机器视觉定位方法的流程图；图2为本专利技术远距离摄像头所使用的平面标定板图像；图3为本专利技术近距离摄像头所使用的模板图像；图4为本专利技术实施例标定板图像特征提取结果图。具体实施例方式本专利技术的基本原理为利用两个摄像头，其中，远距离摄像头针对目标物体整体进行处理，拍摄目标物体的全局图像，在拍摄的全局图像上检测出感兴趣的部位(随应用场合需要而定)；然后控制机械手移动近距离摄像头到这些感兴趣部位，拍摄高精度的图像做进一步细致的检测分析。下面结合附图和实例对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术机器视觉定位方法包括以下步骤(1)对远距离摄像头进行标定，确定其成像平面与被测目标平面之间的对应坐标转换关系；并确定近距离摄像头成像平面上的像素距离与实际物理距离之间的比例关系；(A)对远距离摄像头进行标定的过程为 (A1)获取标定板图像将制作好的标定板图像放置在被测目标物体所在平面中，尽量让标定板充满整个远距离摄像头取景区域，利用远距离摄像头拍摄一张标定板图像；标定板可以采用类似于国际象棋棋盘的图像、圆阵列等特征明显并已知实际尺寸的图像；(A2)提取标定板图像中的特征点(如角点或圆心)，并确定所有提取出来的特征点的图像坐标；有些类型的标定板，其获取的标定板图像中可能存在一些杂点或者含有一些背景导致提取的角点有偏移或者非标定板的角点，所以并不是所有的特征点都是有用的，应该剔除无用的特征点。如国际象棋棋盘的图像就应先剔除无用的特征点，而圆阵列则不需要。(A3)根据标定板的图像，确定步骤(A2)中提取的特征点的对应实际坐标；(A4)利用多项式标定方法和上述特征点的图像坐标和实际坐标，确定成像平面与被测平面之间的对应坐标转换关系。记特征点的图像坐标为(ui，vi)，实际坐标为(xi，yi)，i＝1，2，...，m。多项式标定方法的公式为xi＝a1uik+a2vik+a3uik-1vi+a4uivik-1+a5uik-1+...+a(4*k-4)ui+a(4*k-3)vi+a(4*k-2)yi＝b1uik+b2vik+b3uik-1vi+b4uivik-1+b5uik-1+...+b(4*k-4)ui+b(4*k-3)vi+b(4*k-2)其中，a1，a2，...，a(4*k-2)和b1，b2，...，b(4*k-2)为待定参数，利用最小二乘法即可求出待定参数。(B)按照下述步骤确定近距离摄像头成像平面上的像素距离与实际物理距离之间的比例关系(B1)在被测目标平面上放置含有一段或者几段已知长度的线段的模板；(B2)拍摄一张或者摆放位置不同的几张含有上述模板的图像；(B3)提取模板图像上已知长度的线段，记录该线段两端点之间的像素长度，即组成这条线段的像素的个数；(B4)计算像素距离与实际物理距离之间的比例关系。(2)将待检测的目标物体放置在被测目标平面上，用远距离摄像头拍摄一张包含该目标物体的全局图像； (3)在所拍摄的全局图像上确定目标物体上的感兴趣部位，并记下感兴趣部位中心的图像坐标(ui1，vi1)，i＝1，...，m，共m个感兴趣部位，其中，m≥1；(4)根据步骤(1)得到的远距离摄像头其成像平面与被测目标平面之间的对应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机器视觉定位方法，该方法采用两个普通摄像头共同完成检测任务，其中，一个为位置固定的摄像头，离被测目标平面距离较远，用于摄取目标物体的全局图像，称为远距离摄像头；另一个固定在机械手上，离被测目标平面距离较近，可以在被测目标平面上运动，用于摄取感兴趣部位的近距离图像，称为近距离摄像头；其步骤包括：（１）对远距离摄像头进行标定，确定其成像平面与被测目标平面之间的对应坐标转换关系，并确定近距离摄像头成像平面上的像素距离与实际物理距离之间的比例关系；（２）将待检测的目标物体放置在被测目标平面上，用远距离摄像头拍摄一张包含这个目标物体的全局图像；（３）在所拍摄的全局图像上确定目标物体上的感兴趣部位，并记下感兴趣部位中心的图像坐标（ｕ↓［ｉ１］，ｖ↓［ｉ１］），ｉ＝１，…，ｍ，共ｍ个感兴趣部位，其中，ｍ≥１；（４）根据步骤（１）得到的远距离摄像头其成像平面与被测目标平面之间的对应坐标转换关系，将步骤（３）记下的感兴趣部位中心的图像坐标转换为实际坐标（ｘ↓［ｉ１］，ｙ↓［ｉ１］），ｉ＝１，…，ｍ；（５）利用机械手移动近距离摄像头到感兴趣部位中心的实际坐标处，其中，感兴趣部位的中心位置与近距离摄像头成像平面中心相吻合，拍摄该部位的近距离图像；（６）在上述感兴趣部位的近距离图像中确定感兴趣部位的图像坐标，根据此图像坐标与近距离摄像头成像平面中心的位置关系，利用步骤（１）得到的近距离摄像头成像平面上的像素距离与实际物理距离之间的比例关系，将上述感兴趣部位的近距离图像的图像坐标转化为实际坐标，得到该感兴趣部位的实际信息。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，宋恩民，刘晶晶，李国宽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83
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