微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化方法及系统与流程

本发明属于智能制造领域和科学研究领域，具体服务于微装配和微操作领域，具体涉及显微视场空间下应用空间数字化技术以及使用数字化技术实现零件重构、装配、定位、位姿检测、路径规划等操作。

背景技术

在微装配系统中，显微视觉系统起着至关重要的作用，微装配系统中大多采用的是显微视觉系统，显微视觉系统的零件三维重构技术是所有拥有视觉系统的微装配系统的主要研究内容也是必须处理好的内容。marr视觉计算理论框架中视觉部分的零件三维重构可以分为两大类，一类是通过视觉系统对物体采集的二维图像来进行重构，重构理论主要是利用物体在三维空间中的点、线、面与其在二维图像中的点、线之间的关系来实现物体的重构。另一类是通过断层扫描的方式获取物体横截面的图像序列，通过有一定间隔的图像序列来重构物体。

显微视觉系统的高分辨率、高放大倍数给微小零件的观测提供了极大方便，但由此也带来了小景深、小视场的问题。小视场就是在广度上无法获得待装配零件的全貌，小景深就是在深度上无法获得零件全貌。这样就无法采用点、线、面的方式进行零件的空间重构，又由于在微装配系统中也不方便采用ct、mri等技术进行断层扫描的方式进行零件的重构。因此在对显微视场空间中微型零件的装配或操作时就无法重构出空间信息全貌，也就无法进行装配或操作路径的优化进而解决装配或操作精度低、效率低、装配难度大等技术难题。基于以上问题，提出了微装配系统的显微视场空间数字化方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化方法及系统，在数字化显微视场空间下对微型零件进行三维显示、位姿检测及优化微型零件的装配或操作路径，为微装配或者微操作系统的三维可视化、路径优化、装配、定位、位姿检测等提供必要条件，有效降低微装配问题的难度，提高整个系统的装配或操作效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化方法，其主要采用计算机显微视觉断层扫描技术，利用精密定位系统控制显微视觉系统沿定义坐标系的x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和任意轴方向对微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间进行扫描，获取沿定义坐标系的x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和任意轴方向的断层扫描图像序列；然后通过基于断层扫描图像的三维显微视场空间数字化重构技术计算各单目显微视觉系统的相交视场空间数字化信息，从而获取微装配系统的显微视觉系统的数字化显微视场空间。

本发明所述的微装配系统的显微视场空间数字化方法包括如下步骤：

(1)采用计算机显微视觉断层扫描技术获取x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和任意轴(r轴)方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移量序列；

(2)根据获得的断层扫描图像序列以及精密定位系统的步长序列，重构x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的断层扫描图像相应的三维断层视场空间，计算三维断层视场空间数字化信息，得到各方向上扩展的数字化显微视场空间，并计算微装配系统的显微视觉系统的数字化显微视场空间；步骤(2)具体包括：

(2.1)利用x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和任意轴(r轴)方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统步长序列获取对应的三维断层视场空间序列向量；

(2.2)去除各三维断层视场空间以外的信息；

(2.3)沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的三维断层视场空间的栅格化及栅格数值化，获得各三维断层视场空间数字化信息；

(2.4)根据x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的三维断层视场空间数字化信息分别计算微装配系统在对应方向上的单目显微视觉系统的扩展的数字化显微视场空间；

(2.5)在x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间的三维空间关系匹配；

(2.6)计算微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间的相交视场空间。

进一步，步骤(1)中，获取显微视场空间的断层扫描图像，是利用计算机显微视觉断层扫描技术通过精密定位系统控制显微视觉系统沿各单目显微视觉系统的光轴方向对显微视觉空间进行断层扫描，获取沿定义坐标系x轴、y轴、z轴方向的显微视觉空间局部断层空间的二维断层图像，具体内容如下：

(1.1)确定沿定义坐标系x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向进行显微视觉断层扫描的精密定位系统的步长、运动方向、运动方式、运动速度、初始位置以及初始位置时沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的单目显微视觉系统物镜距定义坐标系原点的垂直距离与与与与与与确定显微视觉系统i(2)光轴穿过焦平面的图像主点位置为显微视觉系统ii(7)光轴穿过焦平面的图像主点位置为显微视觉系统iii(14)光轴穿过焦平面的图像主点位置为确定显微视觉系统ⅳ(17)光轴穿过焦平面的图像主点位置；确定相应的显微视觉系统的视场分辨率大小、景深大小、像元尺寸、放大倍数，设置合适的光源光强；

(1.2)针对x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的显微视觉系统，精密定位系统控制各方向单目显微视觉系统获取沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统位移序列；

精密定位系统控制单目显微视觉系统沿x、y、z轴方向分别以运动步长δx、δy、δz进行断层扫描获得x、y、z轴方向的二维断层扫描图像序列，并分别记录如下：

记录相应的精密定位系统位移序列如下：

其中imgx、imgy、imgz为计算机显微视觉断层扫描获得的分别沿定义坐标系的x轴、y轴、z轴方向断层扫描图像序列构成的向量；dx、dy、dz为计算机显微视觉断层扫描时获得的断层扫描图像序列对应的精密定位系统沿定义坐标系的x轴、y轴、z轴方向的位移向量；xn、yn、zn分别为三维正交方向计算机显微视觉断层扫描次数；

精密定位系统沿定义坐标系的x轴、y轴、z轴方向进行断层扫描时的位移量与各自的运动步长δx、δy、δz的关系如下：

精密定位系统断层扫描步长δx、δy、δz需要满足：

δx≤dofx

δy≤dofy

δz≤dofz

其中dofx、dofy、dofz分别为沿定义坐标系的x轴、y轴、z轴方向进行断层扫描的显微视觉系统的景深。

针对x轴和y轴和z轴和r轴方向多目显微视觉系统的微装配系统，则在x轴、y轴、z轴方向获取断层扫描图像的基础上，增加精密定位系统(18)控制单目显微视觉系统ⅳ(17)获取断层图像序列构建的图像向量imgr，记录断层扫描的精密定位系统(18)的位移量dr；其中精密定位系统的运动步长δr小于等于显微视觉系统ⅳ(17)的景深。

进一步，步骤2中，(2.1)利用x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴的断层扫描图像序列以及对应的精密定位系统步长获取对应的三维断层视场空间序列向量；针对沿定义坐标系x轴、y轴、z轴三个方向的断层图像序列分别构建x轴、y轴、z轴三个方向的三维断层视场空间方法如下：

设置x轴、y轴、z轴方向进行断层扫描的显微视觉系统ii、iii、i(7、14、2)的视场高分别为hx、hy、hz，视场宽分别为wx、wy、wz，相对应的精密定位系统ii、iii、i(6、15、1)的运动步长δx、δy、δz，沿x轴、y轴、z轴方向的断层扫描图像相应的三维断层视场空间大小分别为：hx×wx×δx、hy×wy×δy、hz×wz×δz；沿x轴、y轴、z轴方向的断层扫描图像序列构成的向量imgx、imgy、imgz重构的相应的三维断层视场空间序列向量为：

式中为：

式中：分别表示三维断层视场空间的在定义坐标系x轴、y轴、z轴方向上的空间范围；分别表示三维断层视场空间的在定义坐标系x轴、y轴、z轴方向上的空间范围；分别表示三维断层视场空间的在定义坐标系x轴、y轴、z轴方向上的空间范围；d7、d14、d2分别为显微视觉系统ii、iii、i(7、14、2)的像距对应的物距。

针对定义坐标系r轴方向上的显微视觉系统获得断层扫描图像序列，根据显微视觉系统ⅳ(17)的视场大小结合精密定位系统(18)的运动步长构建的r轴方向各个三维断层视场空间，并构建三维断层视场空间序列向量sr。

(2.2)去除各三维断层视场空间以外的信息的具体方法如下：

沿x轴、y轴、z轴方向的三维断层视场空间分别对应的沿x轴、y轴、z轴方向扫描的精密定位系统ii、iii、i(6、15、1)的位移量分别为沿x轴、y轴、z轴方向精密定位系统(6、15、1)初始位置时对应的单目显微视觉系统ii、iii、i(7、14、2)的物镜距定义坐标系原点的垂直距离根据显微视觉系统ii、iii、i(7、14、2)的像距对应的物距d7、d14、d2，显微视觉系统ii(7)在x轴方向上区间为在y轴方向区间为在z轴方向区间为的范围内的信息均为三维断层视场空间的信息，去除非该范围内信号；显微视觉系统iii(14)在x轴方向上沿y轴方向上区间为在z轴方向上区间为范围内的信息均为三维断层视场空间的信息，去除非该范围内信号；显微视觉系统i(2)在x轴方向上沿y轴方向上区间为在z轴方向深度为范围内的信息均为三维断层扫描空间的信息，去除非该范围内信号。

沿r轴方向上的三维断层视场空间向量sr，则根据显微视觉系统ⅳ(17)初始位置时的图像主点位置、精密定位系统的运动位移从而确定r轴方向获取的各个三维断层视场空间的空间范围。

(2.3)沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的三维断层视场空间的栅格化及栅格数值化，获得各方向上的三维断层视场空间数字化信息；沿x轴、y轴、z轴、r轴方向上三维断层视场空间数字化具体过程如下：

针对x轴方向的三维断层视场空间其大小为hx×wx×δx，设置一个nx×nx×nx个像素点的栅格立方体，利用个栅格立方体对三维断层视场空间离散化，并根据栅格立方体位置以及栅格立方体的函数值，构建一个三维数字化矩阵设置每个栅格立方体中像素点为1的个数nx，设置栅格立方体赋值阈值thx，若nx≥thx，则此栅格立方体赋值为1，否则赋值为0；三维断层视场空间中(pi，qi，ri)位置的栅格立方体的赋值函数为即：

其中nx(pi，qi，ri)为三维断层视场空间中(pi，qi，ri)位置的栅格立方体中像素点为1的个数；

同理，针对y轴、z轴方向的三维断层视场空间分别设置大小为ny×ny×ny的栅格立方体以及大小为nz×nz×nz的栅格立方体对三维断层视场空间离散化，并根据在三维断层视场空间中的栅格立方体位置以及栅格立方体的函数值，分别得到三维断层视场空间的数字化矩阵为：

其中ny(pj，qj，rj)为三维断层视场空间中(pj，qj，rj)位置的栅格立方体中像素点为1的个数，nz(pk，qk，rk)为三维断层视场空间中(pk，qk，rk)位置的栅格立方体中像素点为1的个数，pj∈[12…py]，qj∈[12…qy]，rj∈[12…ry]，pk∈[12…pz]，qk∈[12…qz]，rk∈[12…rz]。

针对r轴方向上的三维断层视场空间sr则设置大小为nr×nr×nr的栅格立方体对其离散化，并根据在三维断层视场空间sr中的栅格立方体位置以及栅格立方体的函数值，得到三维断层视场空间sr的数字化矩阵

(2.4)根据x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴的方向的三维断层视场空间数字化信息分别计算微装配系统在x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向上的单目显微视觉系统的扩展的数字化显微视场空间。针对x轴、y轴、z轴、r轴方向上的单目显微视觉系统的扩展的数字化显微视场空间具体方法如下：

①针对x轴方向上的单目显微视觉系统获取三维断层视场空间sx，利用其中两相邻三维断层空间与的计算可拼接计算的数字化矩阵定义精密定位系统ii(6)控制显微视觉系统ii(7)沿x轴正方向进行断层扫描(flagx＝1)，根据两相邻三维断层空间与的数字化矩阵则：

当精密定位系统ii(6)控制显微视觉系统ii(7)沿x轴负方向进行断层扫描(flagx＝-1)时：

②计算显微视觉系统ii(7)的扩展的显微视场空间的数字化信息为：

其中[]′表示矩阵转置，flagx用于记录沿定义坐标系x轴扫描的方向，数字化信息描述的沿x轴方向的扩展后的显微视场空间大小为hx×wx×dx，dx＝xn×δx；

同理，针对y轴、z轴方向上的单目显微视觉系统获取三维断层视场空间sy、sz计算扩展的显微视场空间令精密定位系统iii、i(15、1)分别控制显微视觉系统iii、i(14、2)沿y轴、z轴正向扫描时flagy＝1、flagz＝1，负向扫描时flagy＝-1、flagz＝-1，则显微视觉系统iii、i(14、2)经断层扫描扩展的显微视场空间的数字化信息为：

其中描述的大小为hy×wy×dy，dy＝yn×δy；描述的大小为hz×wz×dz，dz＝zn×δz。

同理，针对r轴方向上的单目显微视觉系统ⅳ(17)获取的三维断层视场空间sr计算扩展的显微视场空间考虑精密定位系统(18)的扫描方向，从而计算不同扫描方向的用于拼接计算的数字化矩阵gr,从而得到r轴方向上的扩展的显微视场空间的数字化矩阵

(2.5)在微装配系统的装配空间中设置标准匹配模板，在沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴的方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与与与与与与分别获取标准匹配模板数字化信息，具体匹配过程如下：

①沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间大小以及数字化栅格立方体大小匹配：选取标准匹配模板中的一特征点，获取该特征在沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与或者与与或者与与与中的对应的数字化信息的位置，利用标准匹配模板同一特征点在不同数字化显微视觉空间的位置相同原则匹配显微视场空间与或者与与或者与与与的空间大小，根据数字化信息的位置确定该特征数字化信息在显微视场空间与或者与与或者与与与中分别与平行于定义坐标系xy平面的两个边界平面的对应距离值匹配与或者与与或者与与与在定义坐标系z轴方向上的范围；该特征数字化信息在显微视场空间与或者与与或者与与与中分别与平行于定义坐标系xz平面的两个边界平面的对应距离值匹配与或者与与或者与与与在定义坐标系y轴方向上的范围；该特征数字化信息在显微视场空间与或者与与或者与与与中分别与平行于定义坐标系yz平面的两个边界平面的对应距离值匹配与或者与与或者与与与在定义坐标系x轴方向上的范围，从而完成显微视场空间与或者与与或者与与与大小的匹配；选取标准匹配模板的在与或者与与或者与与与数字化距离特征，利用标准匹配模板同一距离特征在不同数字化显微视觉空间的等距原则对与或者与与或者与与与的数字化栅格立方体大小进行匹配，经过数字化显微视场空间大小、数字化栅格立方体大小匹配后的沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间为与或者与与或者与与与

②沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与或者与与或者与与与空间位置匹配：根据沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与或者与与或者与与与利用空间平移以及旋转变换使得数字化显微视场空间坐标系与定义坐标系(11)保持一致，令沿x轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴、或者x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与或者与与或者与与与经过空间平移以及旋转变换后的显微视场空间为与或者与与或者与与与其经过三维空间位置匹配后的数字化信息为：与或者与与或者与与与

(2.6)计算微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间的相交视场空间的具体方法如下：

双目正交显微视觉系统的微装配系统，其显微视觉系统的显微视场空间g为：

三目正交的显微视觉系统的微装配系统，其显微视觉系统的显微视场空间g为：

多目的显微视觉系统的微装配系统，其显微视觉系统的显微视场空间g为：

其中∩表示显微视场空间的相交计算。

所述显微视觉系统适用于双目、三目正交兼有其他非正交的显微视觉系统的微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化，以得到显微视场空间的数字化信息。

所述的微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化系统，所述系统在计算机中能够对采用微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化方法获得的微装配系统的显微视觉系统的数字化显微视场空间中的微型零件进行操作。所述系统也适用于微操作系统、细胞操作系统。

本发明具有下述优点：

(1)本发明将微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间信息用数字化信息形式表示，形象直观的表征了显微视场空间下物体的三维信息，为微装配系统的三维可视化、路径优化、位姿检测等提供必要条件；

(2)通过计算机显微视觉断层扫描技术扩展显微视场空间深度范围，即在保持显微视觉系统高分辨率的情况下扩大了显微视觉系统的显微视场空间，避免了因景深限制而无法获取操作对象信息的问题；

(3)相对现有的通过调整显微视觉系统内外参数、拓扑结构的方法提高各方向单目显微视觉系统的相交显微视场空间，本发明避免了因调整显微视觉系统内外参数、拓扑结构而导致的误差；

(4)利用数字化三维显微视场空间，避免了现有通过二维图像重构三维空间因缺失深度信息导致精度不高的问题。

附图说明

图1是具体实施案例三目正交的显微视觉系统的微装配系统显微视觉空间断层扫描示意图；

图2是具体实施案例双目正交的显微视觉系统的微装配系统显微视觉空间断层扫描示意图；

图3是具体实施案例具有可旋转运动工作台实现多角度断层扫描的多目显微视觉系统的微装配系统显微视场空间断层扫描示意图；

图4是具体实施案例三目正交兼单目非正交显微视觉系统的微装配系统断层扫描示意图；

图5是具体实施案例具有位移量传感器系统精密定位系统的三目正交显微视觉系统的微装配系统结构图；

图6是具体实施案例常规精密定位系统的三目正交显微视觉系统的微装配系统结构图；

图7是具体实施案例具有位移量传感器系统精密定位系统的双目正交显微视觉系统的微装配系统结构图；

图8是精密定位系统步长显微视觉系统的景深大小关系扫描示意图。

图中：1、精密定位系统i，2、显微视觉系统i，3、显微视觉系统i视场宽，4、显微视觉系统i视场高，5、相交视场空间，6、精密定位系统ⅱ，7、显微视觉系统ⅱ，8、精密定位系统ⅱ的步长，9、定义坐标系，10、工作台，11、精密定位系统ⅲ的步长，12、显微视觉系统i景深，13、精密定位系统i的步长，14、显微视觉系统ⅲ，15、精密定位系统ⅲ，16、多自由度旋转工作台，17显微视觉系统ⅳ，18精密定位系统ⅳ，19、主计算机，20、图像采集卡，21、光源控制器，22、精密定位系统控制器，23、位移传感器控制器，24微夹钳控制器，25、显微视觉系统i同轴光源，26、显微视觉系统ⅱ同轴光源，27、精密定位系统i位移传感器，28、精密定位系统ⅱ位移传感器，29、精密定位系统ⅲ位移传感器，30、微夹钳系统，31、显微视觉系统ⅲ同轴光源，32、零件，33、步长等于景深的步长，34、步长大于景深的步长，35、第k次扫描步长小于景深的步长，36、第k+1次扫描步长小于景深的步长，37、第k+2次扫描步长小于景深的步长，8、步长等于景深的景深，39、步长大于景深的景深，40、步长大于景深的非扫描区域，41、第k次扫描步长小于景深的景深，42、第k+1次扫描步长小于景深的景深，43、第k+2次扫描步长小于景深的景深。

具体实施方式

本发明提出一种微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化方法，即采用一种计算机显微视觉断层扫描技术和基于计算机显微视觉断层扫描的断层扫描图像的三维显微视场空间数字化重构技术计算微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化信息，以实现微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化。

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1：三目正交显微视觉系统的微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化系统

如图1所示，该系统具有旋转特性工作台以实现多角度断层扫描，三目正交显微视觉系统的微装配系统断层扫描示意图如图3所示，以上各图显示的微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化系统，又是分别由精密定位系统i、ii、iii(1、6、15)控制不同角度的显微视觉系统i、ii、iii(2、7、14)沿各显微视觉系统光轴方向运动，完整扫描整个微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间，分别记录各个角度的断层扫描图像序列及对应的位置信息序列。具体地，根据图1所示的计算机显微视觉断层扫描技术的显微视场空间扫描示意图，显微视觉系统ii、iii、i(7、14、2)在精密定位系统ii、iii、i(6、15、1)的控制下，分别对微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间进行断层扫描获取沿定义坐标系(9)的x、y、z轴方向的断层扫描图像。构建三目正交的显微视觉系统的微装配的结构示意图如图5和图6所示。根据图8所示的精密定位系统断层扫描的运动步长与景深关系示意图，精密定位系统(1、6、15)分别控制显微视觉系统(2、7、14)进行断层扫描获取断层图像序列，则精密定位系统(1、6、15)的步长δz、δx、δy需要小于显微视觉系统(2、7、14)的dofz、dofx、dofy。三目正交的显微视觉系统的微装配系统显微视觉空间的数字化过程与实施例4所述方法保持一致。

总体来说，微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化系统包括有显微视觉系统、精密定位系统和主计算机。

显微视觉系统包括：①显微放大部分，即通过光学显微镜或者电子显微镜实现对显微视场空间中成像物体的放大；②成像部分，即通过ccd或cmos相机完成对显微视场空间中的物体成像。

精密定位系统包括：①实现一维精密运动的运动装置；②实现定位精度与显微视觉系统景深匹配的高精度定位运动驱动装置及控制器。

主计算机，用于对精密定位系统i、ii、iii(1、6、15)和显微视觉系统i、ii、iii(2、7、14)进行控制计算，以及进行数字化显微视场空间结果显示。

另外，图5中还配置有位移量标准量系统，控制切片位置和记录所获得的切片的位置信息；其包括设置于精密定位系统的运动机构上实现位移传感的位移量传感器，以及进行导轨控制运动反馈控制的精密定位系统控制器以及位移传感器控制器。

实施例2：双目正交显微视觉系统的微装配系统微装配空间数字化。

双目正交显微视觉系统断层扫描示意图如图2所示，双目正交的显微视觉系统的微装配的结构示意图如图7所示。根据图2所示的显微视场空间数字化过程，显微视觉系统i、ii(2、7)在精密定位系统i、ii(1、6)的控制下，分别对微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间进行断层扫描获取沿定义坐标系(9)的z、x轴方向的断层扫描图像，结合精密定位系统i、ii(1、6)的步长实现z轴、x轴方向上的三维断层视场空间重构。根据图8所示的精密定位系统断层扫描的运动步长与景深关系示意图，精密定位系统i、ii(1、6)分别控制显微视觉系统i、ii(2、7)进行断层扫描获取断层图像序列，则精密定位系统i、ii(1、6)的步长δz、δx、δy需要小于显微视觉系统(2、7)的dofz、dofx。双目正交的显微视觉系统的微装配系统显微视觉空间的数字化过程与实施例5所述方法保持一致。

实施例3：三目正交与非正交显微视觉系统的微装配系统显微视觉空间数字化

三目正交与非正交显微视觉系统的微装配系统断层扫描示意图如图4所示。根据图4所示的显微视场空间数字化过程，显微视觉系统i、ii、iii、iv(2、7、14、17)在精密定位系统i、ii、iii、iv(1、6、15、18)的控制下，分别对微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间进行断层扫描获取沿定义坐标系(9)的z、x、y轴、r轴方向的断层扫描图像，结合精密定位系统i、ii、iii、iv(1、6、15、18)的步长实现z、x、y轴、r轴向上的三维断层视场空间重构。根据图8所示的精密定位系统断层扫描的运动步长与景深关系示意图，精密定位系统i、ii、iii、iv(1、6、15、18)分别控制显微视觉系统i、ii、iii、iv(2、7、14、17)进行断层扫描获取断层图像序列，则精密定位系统i、ii、iii、iv(1、6、15、18)的步长δz、δx、δy、δr需要小于显微视觉系统(2、7)的dofz、dofx、dofy、dofr。三目正交与非正交显微视觉系统的微装配系统显微视觉空间数字化与实施例6所述的方法保持一致。

实施例4:三目正交显微视觉系统的微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化方法

采用图1、图3所述的三目正交显微视觉系统的微装配系统，按照以下步骤实现微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间数字化过程：

步骤1.利用上述系统，采用计算机显微视觉断层扫描技术获得获取x轴、y轴、z轴方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移量序列；具体过程包括：

步骤1.1.确定沿定义坐标系x轴、y轴、z轴方向进行显微视觉断层扫描的精密定位系统的步长、运动方向、运动方式、运动速度、初始位置以及初始位置时沿x轴、y轴、z轴方向的单目显微视觉系统物镜距定义坐标系原点的垂直距离确定相应的显微视觉系统的视场分辨率大小、景深大小、像元尺寸、放大倍数，设置合适的光源光强。

步骤1.2根据定义的坐标系，精密定位系统控制三个单目显微视觉系统沿x、y、z轴方向分别以运动步长δx、δy、δz进行断层扫描获得x、y、z轴方向的二维断层扫描图像序列，并分别记录如下：

记录相应的精密定位系统位移序列如下：

其中imgx、imgy、imgz为计算机显微视觉断层扫描获得的分别沿定义坐标系的x轴、y轴、z轴方向断层扫描图像序列构成的向量；dx、dy、dz为计算机显微视觉断层扫描时获得的断层扫描图像序列对应的精密定位系统沿定义坐标系的x轴、y轴、z轴方向的位移向量；ni、nj、nk分别为三维正交方向计算机显微视觉断层扫描次数；

精密定位系统沿定义坐标系的x轴、y轴、z轴方向进行断层扫描时的位移量与各自的运动步长δx、δy、δz的关系如下：

在本步骤中，需要设置沿x轴、y轴、z轴方向的断层扫描的精密定位系统的步长δx、δy、δz。根据计算机显微视觉断层扫描技术步骤，根据图8所示精密定位系统步长与显微视觉系统景深大小关系示意图，如标号33所示的δ＝dof此时沿z轴进行断层扫描的显微视觉系统的三维断层空间的深度为dof，此时三维空间为h×w×dof；若如标号35、36、37所示的δ＜dof，此时三维断层视场空间大小为：h×w×δ；若δ＞dof，如标号34所示，此时三维断层视场空间大小为：h×2×δ；然而，区域大于可以清晰成像的最大空间区域，即一个景深区域，此时的断层视场空间存在如标号40所示的非清晰成像空间，使得断层扫描不能完全获取显微视场空间信息，从而产生数据丢失。为此，精密定位系统的步长不可超过显微视觉系统的景深，即

δx≤dofx

δy≤dofy

δz≤dofz。

步骤2.根据获得的断层扫描图像序列以及精密定位系统的步长序列，重构x轴、y轴、z轴方向的断层扫描图像相应的三维断层视场空间，计算三维断层视场空间数字化信息，得到景深扩展的数字化显微视场空间，实现显微景深扩展：

步骤2.1.利用x轴、y轴、z轴方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统步长序列获取对应的三维断层视场空间序列向量：

设置沿定义坐标系x轴、y轴、z轴方向进行断层扫描的显微视觉系统ii、iii、i(7、14、2)的视场高(height)分别为hx、hy、hz，视场宽(width)分别为wx、wy、wz。相对应的精密定位系统ii、iii、i(6、15、1)的运动步长δx、δy、δz。沿x轴、y轴、z轴方向的断层扫描图像相应的三维断层视场空间大小分别为：hx×wx×δx、hy×wy×δy、hz×wz×δz。沿x轴、y轴、z轴方向的断层扫描图像序列构成的沿x轴、y轴、z轴方向的断层扫描图像序列构成的向量imgx、imgy、imgz重构的相应的三维断层视场空间序列向量为：

步骤2.2.去除各三维断层视场空间以外的信息；

沿x轴、y轴、z轴方向的三维断层视场空间分别对应的沿x轴、y轴、z轴方向扫描的精密定位系统ii、iii、i(6、15、1)的位移分别为沿x轴、y轴、z轴方向精密定位系统ii、iii、i(6、15、1)初始位置时对应的单目显微视觉系统ii、iii、i(7、14、2)的物镜距定义坐标系原点的垂直距离根据显微视觉系统(7、14、2)的像距对应的物距d7、d14、d2，显微视觉系统ii(7)在x轴方向上区间为在y轴方向区间为在z轴方向区间为的范围内的信息均为三维断层视场空间的信息，去除非该范围内信号；显微视觉系统iii(14)在x轴方向上沿y轴方向上区间为在z轴方向上区间为范围内的信息均为三维断层视场空间的信息，去除非该范围内信号；显微视觉系统i(2)在x轴方向上沿y轴方向上区间为在z轴方向深度为范围内的信息均为三维断层扫描空间的信息，去除非该范围内信号。

步骤2.3.沿x轴、y轴、z轴方向的三维断层视场空间的栅格化及栅格数值化，获得各三维断层视场空间数字化信息。针对获取的三维断层视场空间，采用栅格立方体三维断层视场空间离散化，并针对栅格立方体的位置以及空间中零件对栅格立方体的占据情况对栅格立方体进行赋值，例如赋值为1。具体过程如下：

沿x轴、y轴、z轴方向的三维断层视场空间的数字化矩阵为：

其中nx(pi，qi，ri)为三维断层视场空间中(pi，qi，ri)位置的栅格立方体中像素点为1的个数，ny(pj，qj，rj)为三维断层视场空间中(pj，qj，rj)位置的栅格立方体中像素点为1的个数，nz(pk，qk，rk)为三维断层视场空间中(pk，qk，rk)位置的栅格立方体中像素点为1的个数，pj∈[12…py]，qj∈[12…qy]，rj∈[12…ry]，pk∈[12…pz]，qk∈[12…qz]，rk∈[12…rz]。

步骤2.4.针对数字化的三维断层视场空间，计算微装配系统中沿x轴、y轴、z轴方向进行断层扫描的单目显微视觉系统的扩展数字化显微视场空间。

根据x轴、y轴、z轴方向的三维断层视场空间数字化信息分别计算微装配系统在对应方向上的单目显微视觉系统的扩展的数字化显微视场空间的数字化矩阵定义精密定位系统ii(6)控制显微视觉系统ii(7)沿x轴正方向进行断层扫描(flagx＝1)，根据两相邻三维断层空间与的数字化矩阵为则：

当精密定位系统ii(6)控制显微视觉系统ii(7)沿x轴负方向进行断层扫描(flagx＝-1)时：

同理可得：

式中数字化矩阵描述的沿x轴方向的扩展后的显微视场空间大小为hx×wx×dx，dx＝xn×δx；描述的大小为hy×wy×dy，dy＝yn×δy；描述的大小为hz×wz×dz，dz＝zn×δz。flagy＝1、flagz＝1分别为沿y轴、z轴正方向扫描，flagy＝-1、flagz＝-1为沿沿y轴、z轴负方向扫描。

步骤2.5.针对沿x轴、y轴、z轴方向进行断层扫描的单目显微视觉系统的扩展数字化显微视场空间进行空间大小、栅格立方体大小进行匹配，通过利用空间坐标系的平移、旋转实现扩展的数字化显微视场空间的坐标系与定义坐标系对齐。具体匹配过程如下：

①沿x轴、y轴、z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间大小以及数字化栅格立方体大小匹配。选取标准匹配模板中的一特征点，获取该特征在沿x轴、y轴、z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间中的对应的数字化信息的位置。利用标准匹配模板同一特征点在不同数字化显微视觉空间的位置相同原则匹配显微视场空间的空间大小。根据数字化信息的位置确定该特征数字化信息在显微视场空间中分别与平行于定义坐标系xy平面的两个边界平面的对应距离值匹配在定义坐标系z轴方向上的范围；该特征数字化信息在显微视场空间中分别与平行于定义坐标系xz平面的两个边界平面的对应距离值匹配在定义坐标系y轴方向上的范围；该特征数字化信息在显微视场空间中分别与平行于定义坐标系yz平面的两个边界平面的对应距离值匹配在定义坐标系x轴方向上的范围，从而完成显微视场空间大小的匹配。选取标准匹配模板的在数字化距离特征，利用标准匹配模板同一距离特征在不同数字化显微视觉空间的等距原则对的数字化栅格立方体大小进行匹配。经过数字化显微视场空间大小、数字化栅格立方体大小匹配后的沿x轴、y轴、z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间为

②沿x轴、y轴、z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间为空间坐标系匹配。得到显微视场空间经过空间平移以及旋转变换后的显微视场空间为其经过三维空间关系匹配后的数字化信息为：

步骤2.6.计算沿x轴、y轴、z轴方向进行断层扫描的单目显微视觉系统的扩展数字化显微视场空间的相交视场空间的数字化信息。

三目正交的显微视觉系统的微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间为各显微视觉系统的显微视场空间的相交视场空间，则此时微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间g为：其中∩表示显微视场空间的相交计算。

实施例5：双目正交显微视觉系统的微装配系统的显微视场空间数字化方法。

步骤1：采用计算机显微视觉断层扫描技术获取x轴和z轴方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移量序列；即在实施例4的数字化方法的基础上仅完成x轴、z轴方向显微视觉系统的操作内容；

步骤2：根据获得的断层扫描图像序列以及精密定位系统的步长序列，重构x轴和z轴方向的断层扫描图像相应的三维断层视场空间，计算三维断层视场空间数字化信息，得到各方向上扩展的数字化显微视场空间，并计算微装配系统的显微视觉系统的数字化显微视场空间；步骤(2)具体包括：

(2.1)利用x轴和z轴方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统步长序列获取对应的三维断层视场空间序列向量，具体操作与实施例4中步骤(2.1)所述的x轴和z轴方向的断层扫描图像序列获取三维断层视场空间的方法一致；

(2.2)去除各三维断层视场空间以外的信息；具体操作与实施例4中步骤(2.2)所述的x轴和z轴方向的断层扫描图像序列获取三维断层视场空间的方法一致；

(2.3)沿x轴和z轴方向的三维断层视场空间的栅格化及栅格数值化，获得各三维断层视场空间数字化信息；具体操作与实施例4中步骤(2.3)所述的x轴和z轴方向的三维断层视场空间的栅格化及栅格数值化，获得各三维断层视场空间数字化信息方法一致；

(2.4)根据x轴和z轴方向的三维断层视场空间数字化信息分别计算微装配系统在对应方向上的单目显微视觉系统的扩展的数字化显微视场空间；具体操作与实施例4中步骤(2.4)所述的x轴和z轴方向的计算微装配系统单目显微视觉系统的扩展的数字化显微视场空间；

(2.5)沿x轴和z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间的三维空间关系匹配；选取标准匹配模板中的一特征点，获取该特征在沿x轴和z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与利用标准匹配模板同一特征点在不同数字化显微视觉空间的位置相同原则匹配显微视场空间与的空间大小；具体操作与实施例4中步骤(2.5)类似；选取标准匹配模板的在与的数字化距离特征，利用标准匹配模板同一距离特征在不同数字化显微视觉空间的等距原则对与的数字化栅格立方体大小进行匹配，经过数字化显微视场空间大小、数字化栅格立方体大小匹配后的沿x轴和z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间为与

沿x轴和z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与空间位置匹配：根据沿x轴和z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与利用空间平移以及旋转变换使得数字化显微视场空间坐标系与定义坐标系(9)保持一致，令x轴和z轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与经过空间平移以及旋转变换后的显微视场空间为与其经过三维空间位置匹配后的数字化信息为：与

(2.6)计算微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间的相交视场空间，其显微视觉系统的显微视场空间g为：

实施例6：多目显微视觉系统的微装配系统的显微视场空间数字化方法。

步骤1：采用计算机显微视觉断层扫描技术获取x轴和y轴和z轴和任意轴(r轴)方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统的位移量序列；即在实施例4的数字化方法的基础上增加r轴方向显微视觉系统的操作内容；

步骤2：根据获得的断层扫描图像序列以及精密定位系统的步长序列，重构x轴和z轴方向的断层扫描图像相应的三维断层视场空间，计算三维断层视场空间数字化信息，得到各方向上扩展的数字化显微视场空间，并计算微装配系统的显微视觉系统的数字化显微视场空间；步骤(2)具体包括：

(2.1)利用x轴和y轴和z轴和r轴方向的断层扫描图像序列以及精密定位系统步长序列获取对应的三维断层视场空间序列向量，具体操作在实施例4中步骤(2.1)的基础上增加r轴方向的断层扫描图像重构对应单位断层视场空间序列向量；

(2.2)去除各三维断层视场空间以外的信息；具体操作即在实施例4中步骤(2.2)上增加r轴方向上的三维断层视场空间的信息处理；

(2.3)沿x轴和y轴和z轴和r轴方向的三维断层视场空间的栅格化及栅格数值化，获得各三维断层视场空间数字化信息；具体操作在实施例4中步骤(2.3)基础上增加r轴方向上三维断层视场空间的栅格化与数值化，获取三维断层视场空间的数字化信息；

(2.4)根据x轴和y轴和z轴和r轴方向的三维断层视场空间数字化信息分别计算微装配系统在对应方向上的单目显微视觉系统的扩展的数字化显微视场空间；具体操作在实施例4中步骤(2.4)基础上增加r轴方向上获取的显微视觉系统的扩展的数字化显微视场空间；

(2.5)沿x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间的三维空间关系匹配；具体操作在实施例4中步骤(2.5)基础上增加x轴、y轴、z轴与r轴方向扩展的数字化显微视场空间的大小匹配和栅格立方体大小的匹配，得到的数字化扩展的显微视场空间为

沿x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与与与空间位置匹配：根据沿x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与与与利用空间平移以及旋转变换使得数字化显微视场空间坐标系与定义坐标系(9)保持一致，令x轴和y轴和z轴和r轴方向的各单目显微视觉系统的扩展的数字化的显微视场空间与与与经过空间平移以及旋转变换后的显微视场空间为与与与其经过三维空间位置匹配后的数字化信息为与与与

(2.6)计算微装配系统的显微视觉系统的显微视场空间的相交视场空间，其显微视觉系统的显微视场空间g为：

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。