高精确度校准系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种在至少一个表面上具有校准图案的校准目标。确定校准目标的校准特征在所述图案上的位置关系并进行存储以供校准视觉系统在校准程序期间使用。了解校准目标的特征关系使得所述校准视觉能够以单一姿态对校准目标进行成像并在预定坐标空间中重新发现每一个校准特征。然后，校准视觉可以将特征之间的关系从存储的数据转换成所述校准视觉系统的本地坐标空间。位置可以编码在条码中，条码附于所述目标、提供在单独的经编码元件中或从电子数据源获得。所述目标可以在图案内包含界定相邻校准特征相对于目标的整体几何结构的位置的编码过的信息。

High accuracy calibration system and method

A calibration target having a calibration pattern on at least one surface is provided. The position relationship of the calibration feature of the calibration target on the pattern is determined and stored for use by the calibration vision system during the calibration procedure. Understanding the feature relationship of the calibration target enables the calibration vision to image the calibration target in a single attitude and rediscover each calibration feature in a predetermined coordinate space. Then, the calibration vision can convert the relationship between features from the stored data to the local coordinate space of the calibration vision system. The location may be encoded in a barcode attached to the target, provided in a separate encoded element, or obtained from an electronic data source. The target may include in the pattern encoded information defining the position of adjacent calibration features relative to the overall geometry of the target.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高精确度校准系统和方法
本专利技术涉及校准系统和方法，以及用于机器视觉系统应用中的校准物体(目标)。
技术介绍
在机器视觉系统(在本文中也称为“视觉系统”)中，使用一或多个摄像机对成像场景内的物体或表面执行视觉系统进程。这些进程可能包含检查、符号解码、对准和各种其它自动化任务。更具体来说，视觉系统可以用于检查处于成像场景中的工件。场景通常由一或多个视觉系统摄像机成像，所述摄像机可以包含运行相关联视觉系统进程以产生结果的内部或外部视觉系统处理器。通常需要校准一或多个摄像机以使得其能够以足够的精确度和可靠性执行视觉任务。校准物体或目标可以用于相对于适当坐标空间和物理单位校准摄像机。举例来说，工件的图像可以由二维(2D)图像像素数据(例如x和y坐标)、三维(3D)图像数据(x、y和z坐标)或混合2.5D图像数据表征，其中多个x-y坐标面基本上平行并且由可变z高度表征。校准物体或目标(通常呈“板”形式)通常为表面具备可见特色图案(艺术作品)的扁平结构。通常会细致精确地设计所述特色图案，使得用户可以容易地识别摄像机获取的目标的图像中的每一个可见特征。一些示例性图案包含但不限于镶嵌方形棋盘格、在整个图案中具有周期性间隔的指定特征位置的附加嵌入代码的棋盘、点网格、线网格、蜂巢图案、镶嵌三角形、其它多边形等。根据目标的设计了解每一个可见特征的特性，比如相对于参考位置的位置和/或旋转，和/或设计中含蓄界定的坐标系。特征为镶嵌交叉线阵列的典型棋盘图案的设计在执行校准时在精确度和鲁棒性方面具有优势。更具体来说，在静止物体的二维(2D)校准中，由校准棋盘边缘确定各个棋盘块拐角的相对位置通常足以测量视觉系统的精确度，并且适当时向摄像机的处理器提供校正因数，从而考虑到这些校正因数测量运行时间对象。作为另一背景，视觉系统摄像机的校准涉及将摄像机传感器的像素映射到预定坐标系。目标可以提供界定坐标系的特征(例如一系列棋盘的X-Y轴布置)，比如嵌入特征图案中的2D代码(也称为“条码”)或以其它方式界定图案坐标系的特色基准点。通过将特征映射到摄像机像素，将系统校准到目标。在将多个摄像机用于获取校准目标整体或部分的图像的情况下，将所有摄像机映射到共同坐标系或另一(例如全局)坐标系，所述共同坐标系可以由目标的特征(例如沿目标平面的X和Y、Z(高度)以及X-Y平面中Z轴的旋转θ)来指定。一般来说，校准目标可以用于多种不同类型的校准操作中。举例来说，典型的内部和外部摄像机校准操作需要通过每一个摄像机获取目标的图像并使用处于所有摄像机的整个视野的至少一部分中的特定位置的目标的一个所获取图像，相对于校准目标本身的坐标系进行校准。视觉处理器内的校准应用程序根据每一个摄像机获取的目标的图像推断每一个摄像机的相对位置。目标上的基准点可用于使每一个摄像机相对于其相应视野内的目标部分而定向。这种校准被称为“将摄像机校准到板”。用户可能在使用典型平面校准目标校准2D、2.5D或3D视觉系统时遇到某些麻烦。这些麻烦可能来源于两个方面。首先，含3D信息的精确校准目标要求制造微米级的校准目标，这不仅浪费时间而且费用较高。其次，校准透视或立体视觉系统要求以所有摄像机可见的多个姿态使校准目标成像。这个过程对于用户而言漫长且容易出错，尤其是当立体视觉系统较为复杂(例如涉及多个摄像机)时。举例来说，某些由四个摄像机构成的商用视觉系统可能需要校准目标的二十或更多个视图来实现充分校准。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种在至少一个(一或多个)表面上界定校准图案的校准目标来克服现有技术的缺点。确定校准目标的校准特征(例如棋盘交叉点)在校准图案上的位置关系(例如在制造目标时)并进行存储以供校准视觉系统在校准程序期间使用。了解校准目标的特征关系使得校准视觉系统能够以单一姿态对校准目标进行成像并在预定坐标空间中重新发现每一个校准特征。然后，所述校准视觉系统可以将特征之间的关系从存储的数据转换成校准视觉系统的本地坐标空间。所述位置可以编码在条码中，所述条码附于目标(并在校准期间成像/解码)、提供在单独的经编码元件(例如目标附带的卡片)中或从电子数据源(例如磁盘、拇指驱动器或与特定目标相关的网站)获得。所述目标可以在图案内包含界定相邻校准特征相对于目标的整体几何结构的特定位置的编码过的信息。在一实施例中，目标由至少两个相隔一段距离的表面组成，包含在第一表面上具有第一校准图案的较大板和附于较大板的第一表面的具有第二校准图案的较小板，所述第二校准图案与第一校准图案以一间距(例如由Z轴高度界定)定位。目标可以是双侧的，使得在相对侧中的每一侧上存在具有对应图案的第一表面和较小的第二表面，从而允许相关多摄像机视觉系统对目标的360度观察和同时校准。在其它实施例中，目标可以是3D形状，比如立方体，其中的一或多个表面包含图案，且确定每一个表面上的特征之间的关系并存储以供校准视觉系统使用。在一说明性实施例中，提供校准目标，且所述校准目标包含具有第一校准图案的第一表面。数据源界定校准特征在第一校准图案上的相对位置。数据源可由获取校准目标的图像的校准视觉系统识别，以便将相对位置变换到视觉系统的本地坐标空间中。还可以提供具有第二校准图案的第二表面，其中第二表面远离第一表面而定位。由此，数据源也界定校准特征在第二校准图案上的相对位置。说明性地，第二表面位于粘附于第一表面上的板上，或者位于三维物体的独立面上，与第一表面不平行。在一示例性实施例中，第一校准图案和第二校准图案为棋盘。数据源包括以下中的至少一个：(a)校准目标上的代码，(b)单独的打印码，或(c)可由校准视觉系统的处理器存取的电子数据源。可以由精确视觉系统在制造校准目标期间或之后界定相对位置，以供校准视觉系统使用。精确视觉系统可以包括以下中的至少一个：(a)立体视觉系统，(b)三摄像机或多摄像机视觉系统激光位移传感器，和(c)飞行时间摄像机总成，以及其它类型的3D成像装置。说明性地，校准目标可以包含具有第三校准图案的与第一表面相对的第三表面以及具有第四校准图案的第四表面，所述第四表面可以位于第三表面上方一间距处。由此，数据源可以界定校准特征在第一校准图案、第二校准图案、第三校准图案和第四校准图案上的相对位置。说明性地，精确视觉系统和校准视觉系统分别布置成将校准目标成像在其每一个相对侧上。在实施例中，校准视觉系统是2D、2.5D和3D视觉系统中之一。说明性地，第一校准图案和第二校准图案中的至少一个包含界定相邻校准特征相对于整个表面区域的相对位置的代码。在用于校准视觉系统的说明性方法中，提供一种具有带第一校准图案的第一表面的校准目标。获取界定校准特征在第一校准图案上的相对位置的数据源。通过由精确视觉系统获取校准目标的至少一个图像来产生数据源。随后由用户在校准操作期间通过校准视觉系统获取校准目标的图像。通过精确视觉系统将相对位置变换到校准视觉系统的本地坐标空间中。说明性地，提供具有第二校准图案的第二表面。第二表面位于远离第一表面处，且数据源界定校准特征在第二校准图案上的相对位置。在用于制造校准目标的说明性方法中，提供至少一个具有预定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生图像变换的方法，所述图像变换将校准特征映射到视觉系统的本地坐标空间中，所述方法包括以下步骤：/n获取校准目标的第一表面和所述校准目标的第二表面的第一图像，所述第一表面具有第一校准图案且所述第二表面具有第二校准图案；/n从所述第一图像识别校准特征的所测量相对位置；/n从至少一个数据源识别校准特征的真实相对位置，所述至少一个数据源界定校准特征在所述第一校准图案和所述第二校准图案上的真实相对位置，所述数据源可由获取所述校准目标的图像的校准视觉系统识别；以及/n根据所述真实相对位置和测量相对位置产生所述图像变换，所述图像变换将所述测量相对位置变换到所述视觉系统的本地坐标空间中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170417 US 62/486,4111.一种用于产生图像变换的方法，所述图像变换将校准特征映射到视觉系统的本地坐标空间中，所述方法包括以下步骤：
获取校准目标的第一表面和所述校准目标的第二表面的第一图像，所述第一表面具有第一校准图案且所述第二表面具有第二校准图案；
从所述第一图像识别校准特征的所测量相对位置；
从至少一个数据源识别校准特征的真实相对位置，所述至少一个数据源界定校准特征在所述第一校准图案和所述第二校准图案上的真实相对位置，所述数据源可由获取所述校准目标的图像的校准视觉系统识别；以及
根据所述真实相对位置和测量相对位置产生所述图像变换，所述图像变换将所述测量相对位置变换到所述视觉系统的本地坐标空间中。


2.根据权利要求1所述的方法，其中获取所述第一图像包含所述校准目标的第三表面和所述校准目标的第四表面，所述第三表面具有第三校准图案且所述第四表面具有第四校准图案。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述视觉系统包括一个摄像机。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据源包括以下中的至少一个：(a)所述校准目标上的代码，(b)单独的打印码，或(c)由所述校准视觉系统的处理器可存取的电子数据源。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表面和所述第二表面相隔一定距离。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述校准视觉系统是2D、2.5D和3D视觉系统中之一。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图像是2D图像或3D图像中的至少一者。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量相对位置包括2D或3D坐标。


9.一种用于产生图像变换的方法，所述图像变换将校准特征映射到视觉系统的本地坐标空间中，所述方法包括以下步骤：
获取校准目标的第一表面的多个图像，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·Y·李，L·孙，
申请(专利权)人：康耐视公司，
类型：发明
国别省市：美国;US