专利名称：一种视觉系统外部参数标定过程中直线标定物倾斜的补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种视觉系统外部参数标定过程的补偿方法，属于机器视觉检测领 域，用于视觉检测系统外部参数的标定物标定过程。
背景技术：
在视觉装配系统中，视觉系统的标定对装配精度有非常重要的意义。视觉系统外 部参数的标定确定视觉系统各组成功能模块坐标系之间的平移关系和旋转关系，对于零件 精密定位和小误差装配的实现十分关键。目前，视觉系统外部参数的标定主要有基于标定物的标定方法和系统自标定方 法。基于标定物的传统标定法对摄像机类型要求低，标定精度较高，但是标定过程比较复 杂，对标定物的制作精度要求很高孙红，孙明，中国农业工程学会2005年学术年会论文 集，2005，358-362。系统自标定方法通过控制摄像机运动得到图像序列，利用从图像序列 的匹配信息中得到的约束关系来计算摄像机模型的参数，但是多参数的计算过程非常复 杂，对主动视觉运动平台的运动精度要求非常高，实现起来比较困难，精度相对也较低裴 明涛，贾云得，北京理工大学学报，2006 (26)，27-30。在精密装配领域内，由于装配精度高， 摄像机内部参数变化小，因此基于标定物的标定方法使用较为广泛。例如，基于双摄像机的基点转换方法在待检测坐标系中分别架设摄像机，在空间 固定位置安装标定物，双摄像机对标定物特征点成像确定其在各自坐标系内的平移矩阵和 旋转矩阵，然后利用三角关系确定待测坐标系之间的夹角关系和平移关系庄光明，崔建 伟，彭作祥，计算机工程与应用，2010 (46)，45-47。但双摄像机架设方式相对成本较大，对 系统刚度要求较高，特征点成像的图像处理一致性也比较难以统一。另外一种运动检测方 法将标定物固定于待检测坐标系中，运动模块带动标定物运动引起图像上特征信息的变 化，以此确定待测坐标系和图像坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵，最终通过相对关系转 换确定各待测坐标系之间的空间关系王兵振，刘文耀，光电工程，2006(33)，119-122。此 外，建立总优化模型，通过计算雅可比阵，利用高斯-牛顿迭代法最小化模型可以较好地提 高系统检测精度毛剑飞，诸静，机器人，2004 (26)，139-144。综上所述，标定物运动时的特征检测方法实现较为容易。但是其对标定物特征的 可判断性要求相对较高，尤其是使用特征直线平移判断法需要将标定物特征直线通过回转 平台调整至与图像坐标轴平行；没有回转平台时则需要手工调平，难度非常大，且标定直线 和图像坐标轴不平行时会使标定结果引入误差，在工程应用中存在较大的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术间题是提供一种视觉系统外部参数的标定物标定过程中的 补偿方法，无需对标定物直线与图像坐标轴进行平行度调整，直接通过对直线标定物图像 倾斜的情况进行算法补偿，获得正确的视觉系统外部参数。
本发明的技术方案如下首先确定摄像机的横向分辨率为M，然后将带有特征直线的标定板固定在待检测
模块坐标系的特定位置，以保证特征直线在全局检测范围内不存在视觉遮挡。在标定板固
定时，通过视觉系统观察保证特征直线与图像坐标轴平行。标定板固定后，视觉系统运动
到特征直线一端并采集第一幅图像，图像处理模块处理特征直线并提取直线边界直线。然
后视觉系统运动到距离第一点L距离的特征直线另一端采集第二幅图像，同样进行特征直
线边界的提取。检测得到第一幅图像的特征直线左侧极值点和右侧极值点的像素差绝对
值为AQ= IQ1-Al,第一幅图像和第二幅图像同侧极值点的像素差为AP = P1-P2,假设需
要得到的检测坐标系和视觉坐标系之间的夹角为θ，结合倾斜直线的补偿处理算法等式
权利要求
1. 一种视觉系统外部参数标定过程中直线标定物倾斜的补偿方法，其特征在于如下步骤，确定系统使用的CCD摄像机的横向分辨率为M ；将表面带特征直线的标定物4固定在 待检测运动模块5的无视觉遮挡位置；固定时通过视觉系统观察使特征直线与图像坐标轴 平行；视觉系统X向运动导轨6和视觉系统Z向运动导轨3协调运动至特征直线右侧部分 并采集直线边界图像1，经后台图像处理得到图像1中特征直线边界左侧极值点和右侧极 值点纵向像素坐标差值Δρ以及右侧极值点纵向像素坐标值yi ；然后，视觉系统X向运动 导轨6和视觉系统Z向运动导轨3协调运动至特征直线左侧部分并采集直线边界图像2， 经后台图像处理得到图像2中特征直线边界右侧极值点纵向像素坐标值y2 ；此时根据图像 1到图像2中特征直线纵向变化方向判断视觉系统运动的倾角，同时根据图像1中直线的 倾斜方向判断特征直线的倾角；最后，如果视觉系统运动倾角和特征直线倾角方向一致，将Δρ, yi; y2代入补偿计算公式
全文摘要
本发明公开了一种视觉系统外部参数传统标定过程中的补偿处理方法，补偿视觉系统标定时标定物倾斜引入的检测误差。采用标定直线标定系统外参数时，单靠人工放置不能够保证标定直线与图像坐标系横向中心线平行。这时视觉系统分别运动到标定直线两个位置采集两幅直线图像，然后通过图像处理和边缘检测方法获得单幅图像内直线边界左右极限点的像素坐标差值ΔQ和两幅图像内的直线边界同侧极值点的像素坐标差值的绝对值ΔP，确定系统采用的CCD摄像机横向分辨率M后，将上述检测到的数据代入标定补偿公式或者即可获得目标坐标系和图像坐标系之间旋转变换矩阵的转角值。本发明的补偿方法简单易懂，有效克服标定直线倾斜的影响，保证系统外参标定的精度。
文档编号G06T7/00GK102063721SQ20111000200
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者张习文, 朱萃, 王晓东, 罗怡 申请人:大连理工大学