[發(fā)明專利]采用殘差反饋的SLM顯微視覺數(shù)據(jù)重構(gòu)方法

在審

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• 申請日: 2015-11-29
• 公開（公告）號: CN105469439A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王躍宗;王軍帥;趙志忠
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種采用殘差反饋的SLM顯微視覺數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，特別是涉及以針孔攝像機模型為基礎(chǔ)通過建立殘差補償模型對其進行改進而提升SLM顯微視覺系統(tǒng)重構(gòu)精度的方法。

背景技術(shù)：

光學體式顯微鏡是一種精密的光學儀器，主要分為CMO型SLM(stereolightsystem)，Greenough型SLM。CMO型SLM的兩套子光路共享前端大物鏡，共包含三條光軸，并且相互平行。在CMO型SLM的子光路像面處安裝CCD相機可構(gòu)成SLM顯微立體視覺系統(tǒng)，SLM顯微視覺系統(tǒng)屬于典型的計算機雙目立體視覺系統(tǒng)，擁有較大的工作空間，而且屬于非接觸式光學測量，通過相機可實時拍攝物空間的整個場景，不存在類似電子顯微鏡的信號延時，這些特點使其逐漸在微操作，微測量，微裝配等領(lǐng)域中廣泛使用。對微小物體進行微操作，微測量需對其三維物空間進行準確重構(gòu)，高效準確的視覺建模是進行工作的關(guān)鍵所在。

視覺建模是SLM顯微視覺系統(tǒng)在進行微操作，微測量過程中的重要研究內(nèi)容之一。針孔模型為線性模型，在宏觀立體視覺中廣泛應用，是一種成熟簡便的視覺模型，但并不適合直接用于SLM顯微視覺坐標的重構(gòu)。由于CMO-styleSLM的成像過程不符合針孔成像的原理，直接使用針孔攝相機模型進行三維重構(gòu)時會產(chǎn)生較大定位誤差。極易造成誤匹配，誤操作，降低微測量，微操作，微裝配，過程中的工作效率。Kim(1990)使用了簡易的視覺模型，比較早的把量化的SLM顯微視覺系統(tǒng)應用到微觀世界測量中，很有意義，但是模型使用了較少的參數(shù)對透鏡畸變抵抗能力較弱。Danuser(1999)建立了一個高精度的視覺模型，比較系統(tǒng)的論述了參數(shù)的標定過程，很有代表性，但是模型引入大量的參數(shù)來擬合畸變，需要設(shè)計復雜的標定過程估計參數(shù)，如果選擇了不合適的優(yōu)化過程，大量參數(shù)的引入往往會導致標定結(jié)果的不穩(wěn)定性，Danuser(1999)提出的模型使用起來比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述重構(gòu)方法標定過程復雜，精度低，直接使用針孔模型在SLM顯微視覺系統(tǒng)中由圖像坐標重構(gòu)物空間世界坐標時存在的較大定位誤差問題，本發(fā)明推出了采用殘差反饋的SLM顯微視覺數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，其目的是在保留針孔模型優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，降低參數(shù)標定難度，通過建立殘差補償方法，克服現(xiàn)有針孔模型在微光領(lǐng)域應用時的不足，提高微結(jié)構(gòu)三維形貌數(shù)據(jù)重構(gòu)精度，新方法具有更強的實用性。

本發(fā)明所涉及的采用殘差反饋的SLM顯微視覺數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，是建立在針孔攝相機模型之上，對SLM顯微視覺重構(gòu)數(shù)據(jù)的殘差進行分析補償。所述的方法包括以下步驟：

1、等間距采集SLM立體圖像對

通過SLM顯微視覺系統(tǒng)在世界坐標系中沿x軸，y軸，z軸等間距采集立體圖像對，輸出x軸圖像序列,y軸圖像序列，z軸圖像序列。獲取圖像格點世界坐標真值集合P₁。

2、圖像對準與視差畸變矯正

在x軸圖像序列中，利用擬合算法，分別對所采集到的左圖像、右圖像中圖像特征點行進軌跡進行擬合，估計左右圖像相對旋轉(zhuǎn)角及相對偏移，進行左右圖像對準，矯正左右圖像視差曲面畸變。

3、建立初始視覺模型

采用標定軟件通過針孔攝像機模型理論，對SLM視覺系統(tǒng)進行初始標定，輸出標定參數(shù)。利用沿z軸采集到的圖像序列，對左右立體圖像對視差數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，建立視差增量與z軸坐標增量線性關(guān)系，輸出視差增量比例系數(shù)E，給出初始的視覺模型。

4、重構(gòu)殘差計算

等間距采集圖像序列時，圖像由位置1移動到位置2時，所有格點具有相同的移動距離D₁。利用初始模型重構(gòu)x軸圖像序列，y軸圖像序列，z軸圖像序列格點的世界坐標，獲得所有格點世界坐標的測量值集合P₂，計算格點由位置1移動到位置2的相對重構(gòu)距離D₂。以D₁作為真值，D₂作為測量值，對重構(gòu)格點間相對位移殘差參數(shù)進行計算。相對位移殘差參數(shù)包括重構(gòu)x軸圖像序列時沿x軸軸向偏移殘差,沿y軸徑向偏移殘差,沿z軸徑向偏移殘差；重構(gòu)y軸圖像序列時，沿y軸軸向偏移殘差,沿x軸徑向偏移殘差,沿z軸徑向偏移殘差；重構(gòu)z軸圖像序列時，沿z軸軸向偏移殘差,沿x軸徑向偏移殘差,沿y軸徑向偏移殘差。

5、重構(gòu)殘差精度評估