[發明專利]一種基于機器視覺的光學元件位姿輔助標定方法及標定系統

有效

• 申請號: 202210105760.3
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114543670B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 戚二輝;胡海翔;陶小平;劉振宇;曾雪鋒;羅霄
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 劉建偉

1.一種基于機器視覺的光學元件位姿輔助標定方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在光學元件上設置若干固定標記物，所有固定標記物與光學元件之間的位姿保持不變，且各個固定標記物的放置位置盡量分開且不遮擋光學元件的有效口徑；

S2：獲取各個固定標記物的在工件坐標系下的坐標位置，記為P_mirror(x_fix,y_fix)；

S3：在光學元件的表面放置若干隨機標記物，作為畸變校正的參考點；

S4：設置并調整成像設備和投影設備的位姿，使投影設備的投影圖形可以經光學元件折轉，清晰地投影到成像設備中；

S5：在投影設備上顯示合適的投影圖像，使成像設備中顯示的圖像可以清晰的識別光學元件、固定標記物、隨機標記物的輪廓；

S6：保存成像設備的圖像，提取固定標記物與隨機標記物在成像設備中的坐標P_CCD(x_fix,y_fix)和P_CCD(x_rand,y_rand)；

S7：根據步驟S2中獲取的各個固定標記物的在工件坐標系下的坐標位置P_mirror(x_fix,y_fix)，以及像面上固定標記物的坐標P_CCD(x_fix,y_fix)，結合隨機標記物與固定標記物在像面上的位姿關系，解算隨機標記物相對于光學元件的位姿關系，完成隨機標記物的識別及提取其在工件坐標系下的坐標位置。

2.根據權利要求1所述的基于機器視覺的光學元件位姿輔助標定方法，其特征在于，步驟S7具體為：

基于矩陣運算的坐標轉換公式如下：

R*P₁*K+S＝P₂ 公式1

其中，R＝[cos(A),-sin(A)；sin(A),cos(A)]為旋轉矩陣，A為兩個坐標系的旋轉角，P₁為像面坐標系下的坐標，P₂為工件坐標系下的坐標，K為縮放系數，S＝[x₀,y₀]為平移矩陣；

根據已知的固定標記物的在工件坐標系下的坐標位置P_mirror(x_fix,y_fix)，以及像面上固定標記物的坐標P_CCD(x_fix,y_fix)，通過公式1解算出坐標轉換矩陣的參數R,S,K，代入公式1中；

根據已知的隨機標記物的像面坐標值P_CCD(x_rand,y_rand)，通過代入坐標轉換矩陣的參數R,S,K的公式1反算出隨機標記物在工件坐標系下的坐標P_mirror(x_rand,y_rand)。

3.根據權利要求1所述的基于機器視覺的光學元件位姿輔助標定方法，其特征在于，固定標記物的設置數量至少為3個。

4.根據權利要求1所述的基于機器視覺的光學元件位姿輔助標定方法，其特征在于，步驟S2中采用三坐標或機床測頭方法獲取各個固定標記物的在工件坐標系下的坐標位置。

5.一種實現如權利要求1-4任意一項所述的標定方法的基于機器視覺的光學元件位姿輔助標定系統，其特征在于，包括成像設備、投影設備、光學元件，所述投影設備的投影圖形可以經所述光學元件折轉，清晰地投影到所述成像設備中；

在所述光學元件上設置若干固定標記物，所有固定標記物與所述光學元件之間的位姿保持不變，且各個固定標記物的放置位置盡量分開且不遮擋所述光學元件的有效口徑；在所述光學元件的表面放置若干隨機標記物，作為畸變校正的參考點。