[發明專利]一種基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統標定方法

有效

• 申請號: 201410080921.3
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103778640B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 沈飛;吳文榮;余大海;杜凱;徐德;張娟;張正濤;李波;唐永建
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心51210
• 代理人: 翟長明

技術領域

本發明屬于機器人視覺測量與控制領域，具體涉及一種基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統標定方法。

背景技術

顯微視覺測量與控制是微操作與微裝配技術領域里的關鍵技術之一，包括顯微視覺系統標定、基于顯微視覺的位姿測量以及顯微視覺控制等技術，可廣泛應用于微機電系統、精密光電子工程、生物工程等領域。其中顯微視覺系統標定以2D圖像坐標系與3D世界坐標系之間關系的標定為研究內容，是后續微零件位姿統一表述及控制的基礎。然而，顯微鏡頭成像系統復雜，尤其是對于常用的物方遠心鏡頭由于其遠心成像的特點，目前在常規視覺系統標定中常用的小孔模型已經不適用，因此亟需研究一種適用于物方遠心顯微視覺系統的標定方法。

目前國內外對物方遠心顯微視覺系統標定方法的研究較少，其中Li Dong等人給出了一種考慮鏡頭畸變情況下使用平面靶標來標定遠心鏡頭的方法，此方法需要特制的平面靶標來進行標定。（參見文獻：D. Li, J. Tian. An accurate calibration method for a camera with telecentric lenses. Optics and Lasers in Engineering, 2013(51): 538-541）。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統標定方法。

本發明的基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統標定方法，其特點是：首先基于物方遠心鏡頭的遠心成像原理，利用物方遠心顯微視覺系統特有的內參數模型和外參數模型得到描述圖像坐標系和世界坐標系之間映射關系的物方遠心顯微視覺系統的攝像機模型；然后基于非線性阻尼最小二乘法得到物方遠心顯微視覺系統攝像機模型的迭代計算公式；最后利用微球靶標在顯微視覺系統遠心深度范圍內進行m次相對運動，結合迭代計算公式實現物方遠心顯微視覺系統的標定。

本發明的基于微球靶標的物方遠心顯微視覺系統標定方法，其特點是：利用物方遠心顯微視覺系統特有的內參數模型和外參數模型得到描述圖像坐標系和世界坐標系之間映射關系的物方遠心顯微視覺系統的攝像機模型：

(1)

其中（u, v）為景物點的圖像坐標，（x_w, y_w, z_w）表示景物點在世界坐標系O_WX_WY_WZ_W中的坐標；k_x和k_y分別為X軸和Y軸方向的放大系數，（u₀, v₀）為光軸中心線在成像平面的交點的圖像坐標；[n_x,n_y,n_z], [o_x,o_y,o_z]和[a_x,a_y,a_z]分別為O_WX_W軸，O_WY_W軸, O_WZ_W軸在攝像機坐標系O_CX_CY_CZ_C中的方向向量；[p_x,p_y,p_z]是O_WX_WY_WZ_W的坐標原點在攝像機坐標系中的位置。n_x, n_y, o_x, o_y, a_x和a_y表征了世界坐標系O_WX_WY_WZ_W與攝像機坐標系的O_CX_CY_C平面之間的姿態投影關系，其各元素可以由兩坐標系間的旋轉角θ_x, θ_y和θ_z表示為：