一種基于微球靶標(biāo)的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于微球靶標(biāo)的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法。首先，基于物方遠(yuǎn)心鏡頭的遠(yuǎn)心成像原理得到物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型；然后基于非線性阻尼最小二乘法得到物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)攝像機(jī)模型的迭代計(jì)算公式；最后，利用微球靶標(biāo)在顯微視覺系統(tǒng)遠(yuǎn)心深度范圍內(nèi)進(jìn)行m次相對運(yùn)動，結(jié)合迭代計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的標(biāo)定。本發(fā)明的方法具有操作方便、標(biāo)定精度高的特點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于微球靶標(biāo)的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人視覺測量與控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于微球靶標(biāo)的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]顯微視覺測量與控制是微操作與微裝配【技術(shù)領(lǐng)域】里的關(guān)鍵技術(shù)之一，包括顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定、基于顯微視覺的位姿測量以及顯微視覺控制等技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)、精密光電子工程、生物工程等領(lǐng)域。其中顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定以2D圖像坐標(biāo)系與3D世界坐標(biāo)系之間關(guān)系的標(biāo)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(chǔ)。然而，顯微鏡頭成像系統(tǒng)復(fù)雜，尤其是對于常用的物方遠(yuǎn)心鏡頭由于其遠(yuǎn)心成像的特點(diǎn)，目前在常規(guī)視覺系統(tǒng)標(biāo)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(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的標(biāo)定方法。
[0003]目前國內(nèi)外對物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)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(biāo)來標(biāo)定遠(yuǎn)心鏡頭的方法，此方法需要特制的平面革巴標(biāo)來進(jìn)行標(biāo)定。(參見文獻(xiàn):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(shù)問題是提供一種基于微球靶標(biāo)的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法。
[0005]本發(fā)明的基于微球靶標(biāo)的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特點(diǎn)是:首先基于物方遠(yuǎn)心鏡頭的遠(yuǎn)心成像原理得到物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型；然后基于非線性阻尼最小二乘法得到物方遠(yuǎn)心顯微視`覺`系統(tǒng)攝像機(jī)模型的迭代計(jì)算公式；最后利用微球靶標(biāo)在顯微視覺系統(tǒng)遠(yuǎn)心深度范圍內(nèi)進(jìn)行《次相對運(yùn)動，結(jié)合迭代計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的標(biāo)定。
[0006]本發(fā)明的基于微球靶標(biāo)的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特點(diǎn)是:利用物方遠(yuǎn)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(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間映射關(guān)系的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型:
Xw
【權(quán)利要求】
1.一種基于微球IE標(biāo)的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特征在于，首先基于物方遠(yuǎn)心鏡頭的遠(yuǎn)心成像原理得到物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型；然后基于非線性阻尼最小二乘法得到物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)攝像機(jī)模型的迭代計(jì)算公式；最后利用微球靶標(biāo)在顯微視覺系統(tǒng)遠(yuǎn)心深度范圍內(nèi)進(jìn)行?次相對運(yùn)動，結(jié)合迭代計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于:所述利用物方遠(yuǎn)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(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間映射關(guān)系的物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的標(biāo)定方法，其特征在于:所述物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的內(nèi)參數(shù)模型是利用遠(yuǎn)心鏡頭在遠(yuǎn)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(quán)利要求1所述的標(biāo)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(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型，且迭代計(jì)算公式的求解步驟為: a、將空間中的點(diǎn)Qi在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(?，_7?.，Zwi^和在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(K，6)代入到基于權(quán)利要求1所述的攝像機(jī)模型中，由于/^，nr, Ox, Oy3r和\均可由兩坐標(biāo)系間的旋轉(zhuǎn)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(diǎn)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(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于:所述微球靶的直徑數(shù)值小于遠(yuǎn)心鏡頭的遠(yuǎn)心深度數(shù)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定方法包括以下步驟: a、通過調(diào)整運(yùn)動平臺(4)帶動標(biāo)定物(2)進(jìn)入顯微視覺系統(tǒng)的視野范圍，使標(biāo)定物成像清晰； b、通過調(diào)整運(yùn)動平臺(4)帶動標(biāo)定物(2)在顯微視覺系統(tǒng)遠(yuǎn)心深度范圍內(nèi)進(jìn)行?次相對運(yùn)動夕3，其中這m次運(yùn)動中至少要覆蓋兩個不同的遠(yuǎn)心深度；記錄標(biāo)定物的圖像坐標(biāo)和運(yùn)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(jì)算迭代矩陣C {xk)； d、應(yīng)用物方遠(yuǎn)心顯微視覺系統(tǒng)攝像機(jī)模型的迭代計(jì)算公式(9)進(jìn)行求解；選取初始值進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)標(biāo)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(quán)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