[發明專利]一種機器人視覺伺服系統的快速聚焦方法

有效

• 申請號: 201811333889.X
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109318235B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 林偉陽;劉晨璐;李湛;佟明斯;潘惠惠;高會軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G02B7/36
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 時起磊

一種機器人視覺伺服系統的快速聚焦方法，屬于圖像處理領域。現有的機械式聚焦技術，存在變焦能力差、速度慢的問題，難以滿足視覺伺服實時性要求。本發明方法為機器人機械臂末端相機安裝液態鏡頭；多次采集獲得圖像時的液態鏡頭的電流，以及相機與目標物體之間的距離數據；確定最大銳度的圖像及對應的液態鏡頭的電流以及相機與目標物體之間的距離數據；重復上述內容，獲得多組最大銳度的電流及距離數據，建立最大銳度的電流與距離之間的關系模型，通過系統辨識方法得到模型參數；利用建立的關系模型，結合距離信息，得到液態鏡頭變焦所需的電流值，進而控制液態鏡頭進行變焦。本發明方法保證視覺伺服系統的快速聚焦，和目標物體成像清晰度。

技術領域

本發明涉及一種聚焦方法，特別涉及一種機器人視覺伺服系統的快速聚焦方法。

背景技術

使用相機獲取圖像，并對圖像進行處理，分析和理解，從而給機器人提供反饋信息，對機器人進行控制的技術稱為視覺伺服技術。目前，隨著無人工廠概念的提出與發展，視覺伺服技術在工業中使用越來越廣泛。將相機安裝在機器人末端的視覺伺服系統，最大特點是相機將隨機器人末端一起運動，圖像變化迅速。在視覺伺服系統中，圖像的清晰程度決定了視覺伺服中機器人控制的穩定性和精度。因此我們需要在機器人移動過程中，相機可以實時快速變焦，獲取清晰的圖像，從而可以保證視覺伺服的穩定性。傳統的機械式聚焦技術，通過計算圖像的清晰度，改變感光片的位置，調整透鏡與感光片之間距離的方法，變焦能力差，速度慢，難以滿足視覺伺服實時性條件。為此，需要為相機安裝在機器人末端位置的視覺伺服系統提供一種快速的自動聚焦技術，滿足視覺伺服對實時性以及圖像清晰度的要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的機械式聚焦技術，存在變焦能力差、速度慢的問題，難以滿足視覺伺服實時性要求，而提出一種機器人視覺伺服系統的快速聚焦方法。

一種機器人視覺伺服系統的快速聚焦方法，所述方法為，首先，采集多組最大銳度下的電流，以及相機距離目標物體的距離數據；然后，建立電流與距離之間的關系模型，并通過系統辨識和參數擬合方法確定模型中的未知參數，確定最終的關系模型；最后，獲得相機與目標物體間的距離數據，代入確定的最終的關系模型，反推液態鏡頭變焦所需要的電流值，進而控制液態鏡頭進行變焦。具體包括以下步驟：

步驟一、將相機安裝在機器人的機械臂末端，使相機能夠隨機械臂一起移動，并能利用相機采集目標物體圖像的程度；之后為相機安裝液態鏡頭，調節液態鏡頭的電流為零；

步驟二、移動機器人至位形空間內的位置，多次調整電流并采集獲得圖像時的液態鏡頭的電流，以及相機與目標物體之間的距離數據；位形空間內，是指機器人進行正常目標物體拍攝工作的位置；

步驟二一、將機器人移動至機械臂的位形空間內，調節機械臂末端安裝的相機至可拍攝目標物體的位置，將液態鏡頭的電流設置為零，調節相機，使相機視野內圖像清晰；

步驟二二、移動機械臂，計算此時相機距離目標物體頂部表面的垂直距離；且小步長調節電流，觀察銳度變化值，直到得到銳度最大時的電流，記錄此時電流和距離數據；

步驟二三、多次重復步驟步驟二二，獲取多組電流與距離數據；

步驟三、計算獲得的圖像的銳度，確定獲得的圖像中具有最大銳度的圖像，并確定具有最大銳度的圖像對應的液態鏡頭的電流以及相機與目標物體之間的距離數據；

步驟四、重復步驟二和步驟三的內容，獲得多組最大銳度的圖像對應的液態鏡頭的電流以及相機與目標物體之間的距離數據，以建立確定出的最大銳度的圖像對應的電流與距離之間的關系模型，通過系統辨識的方法得到模型參數；

步驟四一、根據液態鏡頭焦距和電流關系以及透鏡投影的物理定律，建立如下電流與距離關系模型公式：