[發明專利]在視覺系統中自動選擇三維對準算法的系統和方法

有效

• 申請號: 201710641970.3
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107680125B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: S·巴克;D·J·邁克爾
• 申請（專利權）人: 康耐視公司
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

提供一種在三維視覺系統中選擇三維對準算法的系統和方法。該系統和方法包括三維攝像機組件，以獲取由具有運行時對象特征的三維點云或運行時三維距離圖像，和視覺系統處理器所限定的至少一張運行時圖像。提供訓練圖像。其由具有模型特征的三維點云或三維距離圖像限定。選擇程序由視覺處理器操作。其分析具有模型特征的訓練圖像至少一個訓練區域，并在至少一個訓練區域內確定表面法向量的分布。其還基于特性的分布，從多個可用的三維對準算法中選擇至少一個三維對準算法，將模型的特征與運行時對象的特征對準。

相關申請

本申請要求于2016年8月1日提交的序列號為62/369,702，標題為“SYSTEM ANDMETHOD FOR AUTOMATIC SELECTION OF 3D ALIGNMENT ALGORITHMS IN A VISION SYSTEM”的美國臨時申請的優先權，且其內容特此通過引用方式并入本文。

技術領域

本發明涉及機械視覺系統，并更具體地涉及對已訓練的三維(3D)圖案進行到三維圖像特征識別和對齊的視覺系統。

背景技術

機械視覺系統，在此又稱“視覺系統”，是用于在制造業環境中執行多種任務。通常，一個視覺系統包括一個或者多個具有圖像傳感器(或者“成像器”)的攝像機組件，獲取含有在制造中的對象的場景灰度或者彩色圖像。對對象的圖像進行分析以向用戶和相關制造過程提供數據/信息。由攝像機生成的數據通常由在一個或者多個視覺系統處理器中的視覺系統進行分析和處理，視覺系統處理器可以是專用的，或在通用計算機(例如PC、筆記本電腦、平板電腦或智能手機)內的一個或多個軟件應用的一部分處理。

常見的視覺系統任務包括對準和檢查。在對準任務中，視覺系統工具，例如Natick，MA的Cognex公司所銷售的著名系統，將在場景的二維(2D)圖像中的特征與已訓練的(使用實際或合成模型)2D圖案比較，并確定在2D圖像場景中2D圖案的存在/不存在和在2D圖像場景中放置2D圖案。該信息可用于后繼檢查(或其他)操作中，以搜索缺陷和/或執行其它操作，例如部分拒絕。

使用視覺系統的特定任務是在運行期間基于已訓練的三維模型形狀，對準三維(3D)目標形狀。三維攝像機可基于各種技術，例如，激光位移傳感器(分析儀)、立體攝像機、聲納、激光或光雷達測距攝像機、飛行時間攝像機和其它各種無源的或有源的測距技術。這些攝像機產生距離圖像，其中所產生的圖像像素的陣列(通常表征為沿正交的x和y軸的位置)，其還包含每一個像素的第三(高度)尺寸(通常沿垂直于x-y平面的z軸表征)。可替代地，這些攝像機可以生成成像對象的點云表示。點云是在空間中三維點的集合，其中每一點i可表示為(X_i，Y_i，Z_i)。點云可表示完整的三維對象，包括對象的背面和側面，頂面和底面。多個三維點(X_i，Y_i，Z_i)代表在空間中對象對攝像機可見的位置。在這種表示中，用不存在點來表示空的空間。

通過比較，表示為Z(x，y)的三維距離圖像類似于表示為I(x，y)二維圖像，其中深度或高度Z可替換為在圖像中位置x，y的亮度/強度I。距離圖像僅表示對象直接面向攝像機的正面，因為僅有單個深度與任一點位置x，y相關。距離圖像通常不能表示對象的背面或側面，頂面或底面。距離圖像通常在每一個位置(x，y)都有數據，即使攝像機在這些位置上沒有信息。可以由本領域技術人員清楚的方式將距離圖像轉換為三維點云。

將獲取的或由合成(例如CAD)過程生成的目標圖象來對準(同樣也可以是獲取或合成的)模型圖像，其中一種方法包含目標三維點云與模型的匹配/比較，以致力于尋找最佳匹配姿勢。比較可以包含對模型的目標的覆蓋范圍的評分。超過某個閾值的評分被認為是可接受的匹配/姿勢估計，且這些信息被用于生成對準結果。然而，基于三維圖像準確有效地生成對準結果仍然是具有挑戰性的。