CN107515454B - 一种3d视觉定位的焦距自动调节装置及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D视觉定位的焦距自动调节装置，包括第一3D视觉成像模块和第二3D视觉成像模块，第一3D视觉成像模块和第二3D视觉成像模块的成像轴线夹角为90°，第一3D视觉成像模块和第二3D视觉成像模块用于对目标工件进行独立的3D成像；前景深获取模块，用于获取两个3D图像中的前景深；后景深获取模块，用于获取两个3D图像中的后景深；标识定位模块，用于对目标工件上的标识进行定位；标识清晰度获取模块，用于获取目标工件上的标识的清晰度；分析模块，通过对标识位置和清晰度的分析，对焦距进行调节。本发明能够解决现有技术的不足，无需建立数据库，实时性强、容错性高。

Description

一种3D视觉定位的焦距自动调节装置及其调节方法
技术领域
本发明涉及工业自动化技术领域，尤其是一种3D视觉定位的焦距自动调节装置及其调节方法。
背景技术
工业机器人手爪是安装在机器人末端执行装置上，用于抓取目标工件的部件。机器人手爪有多种运动定位方法，其中视觉定位相比于坐标定位灵活度高、容错性强，是一种比较先进的定位方式。视觉定位的先决条件是获取清晰的定位参照图像，所以其图像获取装置的焦距调节速度直接影响到了机器人手爪的定位速度。现有的焦距调节方法为建立清晰度与焦距的函数关系，通过图像清晰度对图像获取装置的焦距进行对应调节，例如中国发明专利CN 104536249 B公开的调节投影仪焦距的方法和装置。这种方法虽然可以实现焦距的自动调节，但是其需要事先建立焦距与清晰度的数据库，而且其容错性较差，一旦实际情况与数据库中的记录数据产生偏差，则实际调节结果也会产生偏差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种3D视觉定位的焦距自动调节装置及其调节方法，能够解决现有技术的不足，无需建立数据库，实时性强、容错性高。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种3D视觉定位的焦距自动调节装置，包括，
第一3D视觉成像模块和第二3D视觉成像模块，第一3D视觉成像模块和第二3D视觉成像模块的成像轴线夹角为90°，第一3D视觉成像模块和第二3D视觉成像模块用于对目标工件进行独立的3D成像；
前景深获取模块，用于获取两个3D图像中的前景深；
后景深获取模块，用于获取两个3D图像中的后景深；
标识定位模块，用于对目标工件上的标识进行定位；
标识清晰度获取模块，用于获取目标工件上的标识的清晰度；
分析模块，通过对标识位置和清晰度的分析，对焦距进行调节。
一种上述的3D视觉定位的焦距自动调节装置的调节方法，包括以下步骤：
A、在目标工件表面设置至少三个标识；
B、第一3D视觉成像模块和第二3D视觉成像模块用于对目标工件进行独立的3D成像；
C、使用前景深获取模块和后景深获取模块分别对两个3D图像的前景深和后景深进行测量获取；
D、使用标识定位模块对两个3D图像中的标识进行定位；
E、标识清晰度获取模块对两个3D图像中的标识的清晰度进行识别判断，分析模块选取平均清晰度较高的3D图像作为焦距调节目标图像，另一个3D图像作为参照图像；
F、分析模块分别对第一3D视觉成像模块和第二3D视觉成像模块进行独立的焦距调节，调节目标为：两张3D图像中的标识均落入镜头景深当中，且前景深和后景深中各至少含有一个标识，且标识与镜头焦点的距离之和最小；
G、分析模块对焦距调节目标图像所对应的3D视觉成像模块进行焦距调节，在调节过程中对参照图像所对应的3D视觉成像模块进行同步焦距调节，调节目标为：焦距调节目标图像中标识的综合清晰度最高，且；参照图像中所有标识不超出镜头景深。
作为优选，步骤A中，目标工件表面设置的任意两个标识相互不平行。
作为优选，步骤D中，对标识进行定位包括以下步骤，
D1、获取标识内侧边缘像素集合gi和标识外侧边缘像素集合hj；
D2、在gi和hj之间拟合标识的边缘曲线f(x)，f(x)满足以下要求，
当F取最小值时，此时的f(x)即为拟合结果。
作为优选，步骤G中，焦距调节目标图像中标识的综合清晰度的计算方法为，
将标识图像区域进行分割，分割出的图像块中的清晰度偏差率小于20％，然后计算每一个图像块的平均清晰度ai，以及每个图像块所处的景深值di，然后计算标识的综合清晰度A，
其中，d前为焦距调节目标图像中的前景深，d后为焦距调节目标图像中的后景深，为标识整体的平均景深值，dmax为标识图像分割后的图像块中景深位置最大的景深值，dmin为标识图像分割后的图像块中景深位置最小的景深值。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明改进了现有技术通过历史经验值对焦距进行调节的方法，利用3D成像技术，先通过将标识置入景深区域内，进行焦距的初步调节，然后通过计算综合清晰度，在现有清晰度的基础上通过景深的加权，可以更加贴合3D图像成像的特点，从而实现快速获得清晰3D图像的效果。本方法不需要事先进行数据库的建立，可以根据实际获取的3D图像直接进行快速分析和焦距的调节，容错性高。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图中：1、第一3D视觉成像模块；2、第二3D视觉成像模块；3、前景深获取模块；4、后景深获取模块；5、标识定位模块；6、标识清晰度获取模块；7、分析模块。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1，本发明的一个具体实施方式包括第一3D视觉成像模块1和第二3D视觉成像模块2，第一3D视觉成像模块1和第二3D视觉成像模块2的成像轴线夹角为90°，第一3D视觉成像模块1和第二3D视觉成像模块2用于对目标工件进行独立的3D成像；
前景深获取模块3，用于获取两个3D图像中的前景深；
后景深获取模块4，用于获取两个3D图像中的后景深；
标识定位模块5，用于对目标工件上的标识进行定位；
标识清晰度获取模块6，用于获取目标工件上的标识的清晰度；
分析模块7，通过对标识位置和清晰度的分析，对焦距进行调节。
一种上述的3D视觉定位的焦距自动调节装置的调节方法，包括以下步骤：
A、在目标工件表面设置至少三个标识；
B、第一3D视觉成像模块1和第二3D视觉成像模块2用于对目标工件进行独立的3D成像；
C、使用前景深获取模块3和后景深获取模块4分别对两个3D图像的前景深和后景深进行测量获取；
D、使用标识定位模块5对两个3D图像中的标识进行定位；
E、标识清晰度获取模块6对两个3D图像中的标识的清晰度进行识别判断，分析模块7选取平均清晰度较高的3D图像作为焦距调节目标图像，另一个3D图像作为参照图像；
F、分析模块7分别对第一3D视觉成像模块1和第二3D视觉成像模块2进行独立的焦距调节，调节目标为：两张3D图像中的标识均落入镜头景深当中，且前景深和后景深中各至少含有一个标识，且标识与镜头焦点的距离之和最小；
G、分析模块7对焦距调节目标图像所对应的3D视觉成像模块进行焦距调节，在调节过程中对参照图像所对应的3D视觉成像模块进行同步焦距调节，调节目标为：焦距调节目标图像中标识的综合清晰度最高，且；参照图像中所有标识不超出镜头景深。
步骤A中，目标工件表面设置的任意两个标识相互不平行。
步骤D中，对标识进行定位包括以下步骤，
D1、获取标识内侧边缘像素集合gi和标识外侧边缘像素集合hj；
D2、在gi和hj之间拟合标识的边缘曲线f(x)，f(x)满足以下要求，
当F取最小值时，此时的f(x)即为拟合结果。
步骤G中，焦距调节目标图像中标识的综合清晰度的计算方法为，
将标识图像区域进行分割，分割出的图像块中的清晰度偏差率小于20％，然后计算每一个图像块的平均清晰度ai，以及每个图像块所处的景深值di，然后计算标识的综合清晰度A，
其中，d前为焦距调节目标图像中的前景深，d后为焦距调节目标图像中的后景深，为标识整体的平均景深值，dmax为标识图像分割后的图像块中景深位置最大的景深值，dmin为标识图像分割后的图像块中景深位置最小的景深值。
另外，进过发明人进一步研究发现，在步骤G中，使用参照图像对应位置的清晰度对焦距调节目标图像中每一个图像块的平均清晰度ai进行修正，可以进一步提高焦距调节后的图像整体识别效果。对ai的修正方法为：
其中，ai参为参照图像对应位置的清晰度，a′i为修正后的焦距调节目标图像中每一个图像块的平均清晰度。在步骤G中使用a′i代替ai进行综合清晰度A的计算即可。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种3D视觉定位的焦距自动调节装置的调节方法，所述3D视觉定位的焦距自动调节装置，包括，
第一3D视觉成像模块(1)和第二3D视觉成像模块(2)，第一3D视觉成像模块(1)和第二3D视觉成像模块(2)的成像轴线夹角为90°，第一3D视觉成像模块(1)和第二3D视觉成像模块(2)用于对目标工件进行独立的3D成像；
前景深获取模块(3)，用于获取两个3D图像中的前景深；
后景深获取模块(4)，用于获取两个3D图像中的后景深；
标识定位模块(5)，用于对目标工件上的标识进行定位；
标识清晰度获取模块(6)，用于获取目标工件上的标识的清晰度；
分析模块(7)，通过对标识位置和清晰度的分析，对焦距进行调节；
其特征在于包括以下步骤：
A、在目标工件表面设置至少三个标识；
B、第一3D视觉成像模块(1)和第二3D视觉成像模块(2)用于对目标工件进行独立的3D成像；
C、使用前景深获取模块(3)和后景深获取模块(4)分别对两个3D图像的前景深和后景深进行测量获取；
D、使用标识定位模块(5)对两个3D图像中的标识进行定位；
E、标识清晰度获取模块(6)对两个3D图像中的标识的清晰度进行识别判断，分析模块(7)选取平均清晰度较高的3D图像作为焦距调节目标图像，另一个3D图像作为参照图像；
F、分析模块(7)分别对第一3D视觉成像模块(1)和第二3D视觉成像模块(2)进行独立的焦距调节，调节目标为：两张3D图像中的标识均落入镜头景深当中，且前景深和后景深中各至少含有一个标识，且标识与镜头焦点的距离之和最小；
G、分析模块(7)对焦距调节目标图像所对应的3D视觉成像模块进行焦距调节，在调节过程中对参照图像所对应的3D视觉成像模块进行同步焦距调节，调节目标为：焦距调节目标图像中标识的综合清晰度最高，且；参照图像中所有标识不超出镜头景深。
2.根据权利要求1所述的3D视觉定位的焦距自动调节装置的调节方法，其特征在于：步骤A中，目标工件表面设置的任意两个标识相互不平行。
3.根据权利要求1所述的3D视觉定位的焦距自动调节装置的调节方法，其特征在于：步骤D中，对标识进行定位包括以下步骤，
D1、获取标识内侧边缘像素集合gi和标识外侧边缘像素集合hj；
D2、在gi和hj之间拟合标识的边缘曲线f(x)，f(x)满足以下要求，
当F取最小值时，此时的f(x)即为拟合结果。
4.根据权利要求1所述的3D视觉定位的焦距自动调节装置的调节方法，其特征在于：步骤G中，焦距调节目标图像中标识的综合清晰度的计算方法为，
将标识图像区域进行分割，分割出的图像块中的清晰度偏差率小于20％，然后计算每一个图像块的平均清晰度ai，以及每个图像块所处的景深值di，然后计算标识的综合清晰度A，
其中，d前为焦距调节目标图像中的前景深，d后为焦距调节目标图像中的后景深，为标识整体的平均景深值，dmax为标识图像分割后的图像块中景深位置最大的景深值，dmin为标识图像分割后的图像块中景深位置最小的景深值。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047203A (zh) * 2008-04-02 2011-05-04 奥布隆工业有限公司 使用在扩展的景深内提取的三维信息进行的基于姿态的控制
CN103776831A (zh) * 2012-10-18 2014-05-07 苏州惠生电子科技有限公司 一种显微影像检测仪器及其自动调焦方法
CN104536249A (zh) * 2015-01-16 2015-04-22 深圳市中兴移动通信有限公司 调节投影仪焦距的方法和装置
CN105306825A (zh) * 2015-11-18 2016-02-03 成都中昊英孚科技有限公司 一种新型红外图像调焦系统及其使用方法
CN106303199A (zh) * 2015-06-02 2017-01-04 齐发光电股份有限公司 对焦系统与对焦方法
CN106272437A (zh) * 2016-10-12 2017-01-04 吉林大学 一种用于并联机器人双目视觉定位的最优视场求取装置
WO2017102827A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Ventana Medical Systems, Inc. Auto-focus methods and systems for digital imaging using mutli-spectral trajectories

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047203A (zh) * 2008-04-02 2011-05-04 奥布隆工业有限公司 使用在扩展的景深内提取的三维信息进行的基于姿态的控制
CN103776831A (zh) * 2012-10-18 2014-05-07 苏州惠生电子科技有限公司 一种显微影像检测仪器及其自动调焦方法
CN104536249A (zh) * 2015-01-16 2015-04-22 深圳市中兴移动通信有限公司 调节投影仪焦距的方法和装置
CN106303199A (zh) * 2015-06-02 2017-01-04 齐发光电股份有限公司 对焦系统与对焦方法
CN105306825A (zh) * 2015-11-18 2016-02-03 成都中昊英孚科技有限公司 一种新型红外图像调焦系统及其使用方法
WO2017102827A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Ventana Medical Systems, Inc. Auto-focus methods and systems for digital imaging using mutli-spectral trajectories
CN106272437A (zh) * 2016-10-12 2017-01-04 吉林大学 一种用于并联机器人双目视觉定位的最优视场求取装置

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Denomination of invention: A 3D visual positioning focal length automatic adjustment device and its adjustment method

Granted publication date: 20191220

Pledgee: Yinchuan SME Financing Guarantee Co.,Ltd.

Pledgor: NINGXIA JUNENG ROBOT Co.,Ltd.

Registration number: Y2024640000009