CN103913115A - 影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法 - Google Patents

Abstract

一种影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，包含下列步骤。形成多个圆形图案于一工作平台上表面，其中每一个圆形图案皆包括一辨识图案，用以显示圆形图案其圆心在工作平台上的真实空间坐标。透过一影像检测装置撷取圆形图案的影像。决定影像中每一个圆形图案其圆心的影像坐标。分析影像中每一个圆形图案所具有的辨识图案，以决定其圆心的真实空间坐标。由圆形图案其圆心的影像坐标与真实空间坐标，推导影像坐标系与真实空间坐标系间的对应转换关系。本发明提供的对应校正方法，无论影像检测装置所撷取的影像属于校正片上的任何一个区域，皆可透过解读辨识图案的程序，得到其真实空间坐标，从而明确判定其在工作平台上的位置。

Description

影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法

技术领域

本发明是关于一种影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，特别是一种找出生产线上工作平台的真实空间坐标系与影像检测装置的影像坐标系之间的对应转换关系的方法。

背景技术

在当今的工业生产过程中，影像检测装置被大量的应用于自动化生产线上，进行诸如物件辨识、自动定位、尺寸量测等用途，以导引机械手臂对生产平台上的元件进行加工或制造程序。但是，由于影像检测装置所设定的影像坐标系，与工作平台上的真实坐标系并不相同，因此往往还要先经过对应校正的程序，来确认两个坐标系间的对应转换关系。

在习知技术中，操作者会先放置一张空白的校正片于工作平台上。接着，操作者会于空白的校正片上标示一定点，并透过影像检测装置得到该定点于影像中的坐标。由于校正片已固定于工作平台上，所以操作者经由量测或计算，可确知该定点于工作平台上的真实坐标。由此，可分别得到该定点的影像坐标与真实坐标。接着，操作者可在校正片上再标示另外一个定点，然后重复上述过程，找出第二个定点的影像坐标与真实坐标。原则上，只要分别确认了四个定点的影像坐标与真实坐标，便可推导出影像坐标系与真实坐标系间的对应转换关系。

如图1所示，即为习知技术中影像检测装置所撷取位于工作平台上校正片的影像。在工作平台10上先放置了一张校正片11。接着，操作者按照前述的步骤，在校正片11上依序标示至少四个定点12、13、14与15，并分别找出各个定点的真实坐标与影像坐标。然后，透过比对真实坐标与影像坐标，找出两个坐标系间的对应关系。

上述习知技术中的坐标对应校正方式，由于需要凭借人工来指示定点，找出其在工作平台上的真实坐标，并透过影像检测装置观测影像，才能获得其影像坐标，因此在操作上比较繁琐且耗时。特别是，在反复指示定点以及观测影像的过程中，很容易会产生误差。也可能因为不小心使影像检测装置与工作平台的位置发生偏移，而导致整个对应校正作业前功尽弃。

为了解决上述问题，习知技术中也尝试透过自动化的方式，来进行真实坐标系与影像坐标系间的对应校正。例如，先放置一张校正片于工作平台上，接着对校正片进行图案印刷，在校正片上形成多个黑色圆形图案。由于圆形图案的位置，是根据工作平台的坐标来定义，所以工作平台可确知每一个圆形图案其圆心的真实坐标。接着，透过影像检测装置撷取校正片的影像，并透过分析影像资料，得到影像中每一个圆形图案其圆心的影像坐标。由于已分别得到圆形图案其圆心的影像坐标与真实坐标，因此透过比对便可推导出影像坐标系与真实坐标系间的对应转换关系。

如图2所示，显示了由影像检测装置所撷取具有圆形图案的校正片的影像。其中，先于工作平台20上放置校正片21。接着，形成多个圆形图案22于校正片21表面，因此所撷取的影像上可见多个圆形图案22。然后，可经由影像分析找出各个圆形图案的圆心影像坐标。

尽管上述自动化对应校正的方式已经较先前纯以人工指示定点的对应校正方式来得方便，但在实际操作中仍然存在一些问题。因为，当影像检测装置在撷取校正片的影像时，撷取到的可能是校正片上某一个区域中的影像，所以从影像中根本无法判断其中所显示的圆形图案，是属于校正片上的哪一个部份。一旦发生此问题，还是必需透过人工的方式，以激光光笔将光点投射在校正片上，或标示记号于校正片上，再反复观察所撷取的影像，直到激光光点或所标示记号被找到，才能判断所撷取影像中的圆形图案应该是对应于校正片中的哪一个位置。

换言之，上述的对应校正方式，严格来说只能算是半自动化而已，其仍旧需要经过人工调校的程序，才能真正完成真实坐标系与影像坐标系间的对应校正。

发明内容

为了有效的解决上述问题，本发明提供一种能真正实现自动化对应校正的方法。

本发明提供一种影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，包含下列步骤。形成多个圆形图案于一工作平台上表面，其中每一个圆形图案皆包括一辨识图案，用以显示圆形图案其圆心在工作平台上的真实空间坐标。透过一影像检测装置撷取圆形图案的影像。决定影像中每一个圆形图案其圆心的影像坐标。分析影像中每一个圆形图案所具有的辨识图案，以决定其圆心的真实空间坐标。由圆形图案其圆心的影像坐标与真实空间坐标，推导影像坐标系与真实空间坐标系间的对应转换关系。

在一实施例中，在形成多个圆形图案的步骤前，更包括放置并固定一物件于工作平台上，以便形成多个圆形图案于物件上表面。其中此物件可为一校正片。

至于形成多个圆形图案的步骤，可选择使用印刷、粘贴、激光烙印或是光学蚀刻的方式来进行。所形成的多个圆形图案可以是以矩阵方式排列，此外也可以随机乱数的方式分布。

另外，圆形图案中所包括的辨识图案是由条码所构成，其中条码可以是一维条码、二维条码或其它合适的条码。此外，辨识图案也可以是数字符号。

本发明所提供影像坐标系与真实空间坐标系的对应校正方法，由于在所形成的圆形图案中加入了用以显示其真实空间坐标的条码，因此无论影像检测装置所撷取的影像属于校正片上的任何一个区域，皆可透过解读条码的程序，得到其真实空间坐标，从而明确判定其在工作平台上的位置。藉此，方便操作者可直接透过所检测的影像，输入指令或设定，对工作平台上的物件进行加工或制作。换言之，透过本发明所提供的方法，将可真正实现全自动化的坐标系对应校正功能。

关于本发明所述的自动化对应校正影像坐标系与真实空间坐标系的方法，可以通过以下发明详述及所附图示，得到进一步的了解。

附图说明

图1显示了习知技术中透过影像检测装置撷取位于工作平台上的校正片影像;

图2显示了习知技术中透过影像检测装置撷取位于工作平台上具有圆形图案的校正片影像;

图3显示了本发明所提供一种自动化对应校正影像坐标系与真实空间坐标系的方法流程;以及

图4显示了本发明透过影像检测装置撷取位于工作平台上校正片的影像。

附图标号：

工作平台10、20、30

校正片11、21、31

定点12、13、14、15

圆形图案22、32

辨识图案320

步骤S01~S05。

具体实施方式

本发明提供一种自动化对应校正影像坐标系与真实空间坐标系的方法。透过此方法，可对于一工作平台的真实坐标系，以及一影像检测装置的影像坐标系，进行自动化的对应校正，而找出两个坐标系间的对应转换关系。其中，影像检测装置架设于工作平台的上方，用以撷取工作平台上表面的影像。在确认影像坐标系与真实空间坐标系间的对应转换关系后，操作者便可直接透过影像坐标系，控制机械手臂对工作平台上的物件进行加工或制作。

请参照图3，此图显示了本发明所提供一种自动化对应校正影像坐标系与真实空间坐标系的方法流程。

首先，执行步骤S01，形成多个圆形图案于一工作平台上表面。其中，每一个圆形图案皆包括一辨识图案，用以显示圆形图案其圆心在工作平台上的真实空间坐标。其次，执行步骤S02，透过一影像检测装置由工作平台上方撷取这些圆形图案的影像。接着，执行步骤S03，决定影像中每一个圆形图案其圆心的影像坐标。随后，执行步骤S04，分析影像中每一个圆形图案所具有的辨识图案，以决定圆形图案其圆心的真实空间坐标。最后，执行步骤S05，由这些圆形图案其圆心的影像坐标与真实空间坐标，推导影像坐标系与真实空间坐标系间的对应转换关系。

要特别说明的是，尽管可直接形成多个圆形图案于工作平台的上表面，不过考虑到影像检测装置与工作平台间可能会反复的变换或调整位置，如果直接在工作平台上表面形成圆形图案的话，在下次进行坐标系的对应校正前，可能需要先将旧有的圆形图案移除，才能重新形成新的圆形图案。因此，在一实施例中，可考虑在形成多个圆形图案前，先固定一物件于工作平台上，接着形成多个圆形图案于物件的上表面。换言之，此时的圆形图案是直接形成于物件的上表面，而非工作平台本身的上表面。

在一实施例中，上述的物件可为一校正片。其作法是先将校正片放置并固定于工作平台上，接着可以根据工作平台的真实空间坐标系，形成多个圆形图案于校正片的上表面。如此一来，当后续工作平台与影像检测装置间的位置有所变动时，可移除原有的校正片，再放置新的校正片，重新进行相关的坐标系对应校正程序。除了使用校正片外，随着需求或考量上的不同，也可将准备加工或制作的物件先固定于工作平台上，然后直接将多个圆形图案形成于该物件的上表面。

至于上述形成多个圆形图案的步骤，在一较佳实施例中，可选择以印刷的方式，将圆形图案印制于工作平台或校正片的上表面。此外，也可透过粘贴图案、激光烙印图案或是光学蚀刻的方式来进行。

此外，在一较佳实施例中，所形成的多个圆形图案是以矩阵方式排列。不过，要特别说明的是，因为本案已特别在圆形图案中加入了辨识图案，来提供其圆心于工作平台上的真实坐标资料，因此即使多个圆形图案不以矩阵方式排列，而选择以随机乱数的方式分布，仍旧可借着分析各个圆形图案中的辨识图案，进行坐标系的对应与校正。

至于，圆形图案中所包括的辨识图案则是由条码所构成。此辨识图案可以是一维条码或二维条码。其中，一维条码可包括Code-128与Code-39，二维条码则可包括QR Code、PDF417与DataMatrix。当然，其它任何合适的条码，皆可应用作为此处的辨识图案使用。

换言之，当影像检测装置由工作平台上方撷取到多个圆形图案的影像后，便可透过诸如回归分析法找出每一个圆形图案其圆心的影像坐标，并且透过分析解读每一个圆形图案中的辨识条码，来找出各个圆形图案其圆心的真实空间坐标。

当然，上述的辨识图案除了以条码来构成外，也能以其它可供辨识的图案来构成。例如，也可直接将该圆心的真实空间坐标以数字符号的方式，直接形成于圆形图案中。其同样可透过影像分析技术来读取。

请参照图4，此图显示了由影像检测装置所撷取工作平台上校正片的影像。如前所述，于工作平台30上置放并固定一校正片31，并且在校正片31的上表面形成多个圆形图案32。其中，每一个圆形图案32皆具有以条码构成的辨识图案320。如此一来，当影像检测装置撷取到如图4中的影像时，除了可透过影像分析找出每个圆形图案32其圆心的影像坐标外，也可透过分析每个圆形图案32所包括的条码，而得到其圆心在工作平台上的真实空间坐标。一旦影像中的每一个圆心其真实空间坐标与影像坐标皆取得，即可找出两个坐标系间的对应转换关系。

本发明所提供影像坐标系与真实空间坐标系的对应校正方法，由于在所形成的圆形图案中加入了用以显示其真实空间坐标的条码，因此无论影像检测装置所撷取的影像属于校正片上的任何一个区域，皆可透过解读条码的程序，得到其真实空间坐标，从而明确判定其在工作平台上的位置。藉此，方便操作者可直接透过所检测的影像，输入指令或设定，对工作平台上的物件进行加工或制作。换言之，透过本发明所提供的方法，将可真正实现全自动化的坐标系对应校正功能。

本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明的精神与发明实体仅止于上述实施例尔。是以，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包括在申请专利范围内。

Claims (9)

1.一种影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，所述方法包含下列步骤:

形成多个圆形图案于一工作平台上表面，其中每一个所述圆形图案皆包括一辨识图案，用以显示所述圆形图案其圆心在所述工作平台上的真实空间坐标;

透过一影像检测装置由所述工作平台上方撷取所述多个圆形图案的影像;

决定所述影像中每一个所述圆形图案其圆心的影像坐标;

分析所述影像中每一个所述圆形图案所具有的所述辨识图案，以决定所述圆形图案其圆心的所述真实空间坐标;且

由所述多个圆形图案其圆心的所述影像坐标与所述真实空间坐标，推导所述影像坐标系与所述真实空间坐标系间的对应转换关系。

2.如权利要求1所述的影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，在形成所述多个圆形图案的步骤前，更包括放置并固定一物件于所述工作平台上，以便形成所述多个圆形图案于所述物件上表面。

3.如权利要求1所述的影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，所述物件为一校正片。

4.如权利要求1所述的影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，所述形成所述多个圆形图案的步骤，选择使用印刷、粘贴、激光烙印或光学蚀刻的方式来进行。

5.如权利要求1所述的影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，所述圆形图案中所包括的所述辨识图案是由条码所构成。

6.如权利要求5所述的影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，所述条码是一维条码或二维条码。

7.如权利要求1所述的影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，所述圆形图案中所包括的所述辨识图案是由数字符号所构成。

8.如权利要求1所述的影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，所形成的所述多个圆形图案是以矩阵方式排列。

9.如权利要求1所述的影像坐标系与真实空间坐标系自动化对应校正的方法，其特征是，所形成的所述多个圆形图案是以随机乱数方式分布。