CN109631757B - 一种光栅尺标定方法、装置及视觉检测装置 - Google Patents

Abstract

一种光栅尺标定方法、装置及视觉检测装置，该光栅尺标定方法，包括如下步骤：（1）对摆放在机台上的标定板进行采图；（2）读取采样图并保存图像中所求点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；（3）重复上述步骤（2），直至所有采样图均读取完毕；（4）通过坐标系转换方程计算出各图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；（5）依据横向参考线和纵向参考线确定待检测图像的世界坐标。本发明可以解决现有光栅尺标定方法操作不便且标定精度不准确的问题。

Description

一种光栅尺标定方法、装置及视觉检测装置

技术领域

本发明涉及工业智能检测技术领域，尤其是一种光栅尺标定方法、装置及视觉检测装置。

背景技术

在工业视觉检测领域，在开始检测之前，需要对机台上的光栅尺进行标定，以确定光栅尺的测量结果与真值之间的误差，进而对测量结果进行补偿。现有技术中，常采用X轴和Y轴分方向标定的方式，具体的，沿着X方向（或者Y方向）对摆好的线纹尺不断进行测量（具体间隔根据机台进行调整），然后计算差值，将测量结果与线纹尺的标准值进行对比，生成一个线纹尺真值和光栅尺数值的对比表，实际测量的时候根据表对检测结果进行补偿。这种分方向标定的方式比较麻烦，需要先分轴进行角度计算，再分轴进行精度标定，带来了操作上的不便，同时，分方向进行标定的话，只能用于相对线性的光栅尺轴的标定，一旦轴出现弯曲，就只能在单方向上进行校正，在另外一个方向上没办法进行补偿，造成标定精度不准确。

发明内容

本发明提供一种光栅尺标定方法、装置及视觉检测装置，解决现有光栅尺标定方法操作不便且标定精度不准确的问题。

根据本发明第一方面，本发明提供一种光栅尺标定方法，包括如下步骤：

（1）对摆放在机台上的标定板进行采图，所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区，所述横向采样区的起始端和所述纵向采样区的起始端均包含一个采样标识；从横向采样区的起始端开始在保证Y轴光栅尺不移动的情况下沿X轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个横向采样区对应的多组横向采样图，并从纵向采样区的起始端开始在保证X轴光栅尺不移动的情况下沿Y轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个纵向采样区对应的多组纵向采样图；

（2）读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组横向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；

读取一组纵向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组纵向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一纵向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；

（3）重复上述步骤（2），直至所有采样图均读取完毕；

（4）计算各采样图的图像中心的图像坐标，根据图像中心的图像坐标、图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及图像的偏转角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；

（5）依据与待检测图像的位置相邻的横向参考线和纵向参考线，确定待检测图像的世界坐标。

优选的，步骤（5）具体包括：粗定位待检测图像的位置，当待检测图像的位置位于横向参考线和纵向参考线围合范围之外，依据与待检测图像的位置相邻的一条横向参考线和一条纵向参考线，分别进行x轴坐标和y轴坐标插值，计算待检测图像的世界坐标。

进一步的，当待检测图像的位置位于横向参考线和纵向参考线围合范围之内，依据与待检测图像的位置相邻的两条横向参考线和两条纵向参考线，分别进行x轴坐标和y轴坐标插值，计算待检测图像的世界坐标。

优选的，步骤（5）之前，还包括如下步骤：计算各采样图的光栅尺坐标和世界坐标的差值，判断是否存在位于同一光栅尺位置上的差值大于预定差值的情况，若不存在该情况，则执行后续步骤。

根据本发明第二方面，本发明提供一种光栅尺标定装置，包括：

采图模块，用于对摆放在机台上的标定板进行采图，所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区，所述横向采样区的起始端和所述纵向采样区的起始端均包含一个采样标识；从横向采样区的起始端开始在保证Y轴光栅尺不移动的情况下沿X轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个横向采样区对应的多组横向采样图，并从纵向采样区的起始端开始在保证X轴光栅尺不移动的情况下沿Y轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个纵向采样区对应的多组纵向采样图；

读取模块，用于读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组横向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；并用于读取一组纵向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组纵向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一纵向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；继续读取后续图像，直至所有采样图均读取完毕；

计算模块，用于计算各采样图的图像中心的图像坐标，根据图像中心的图像坐标、图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；

确定模块，用于依据与待检测图像的位置相邻的横向参考线和纵向参考线，确定待检测图像的世界坐标。

根据本发明第三方面，本发明提供一种视觉检测装置，包括机台，固定在机台上光栅尺以及随光栅尺移动的相机，还包括与相机相连的处理器，所述处理器配置用于执行下列步骤：（1）控制相机对对摆放在机台上的标定板进行采图，所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区，所述横向采样区的起始端和所述纵向采样区的起始端均包含一个采样标识；从横向采样区的起始端开始在保证Y轴光栅尺不移动的情况下沿X轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个横向采样区对应的多组横向采样图，并从纵向采样区的起始端开始在保证X轴光栅尺不移动的情况下沿Y轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个纵向采样区对应的多组纵向采样图；

（2）读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组横向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；

读取一组纵向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组纵向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一纵向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；继续读取后续图像，直至所有采样图均读取完毕；

（3）重复上述步骤（2），直至所有采样图均读取完毕；

（4）计算各采样图的图像中心的图像坐标，根据图像中心的图像坐标、图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；

（5）依据与待检测图像的位置相邻的横向参考线和纵向参考线，确定待检测图像的世界坐标。

本发明中，只需要对采样区进行采图，并对采图进行计算，待检测图像的位置依据采样图的数据确定，相比于传统需要逐个标定的方式，这种操作方式可以减少工作量，使操作更加简单。同时，采样图包含x轴位置和y轴位置，而并非单一的坐标位置，在进行坐标位置的确定时，分别对x轴坐标和y轴坐标插值，获取该方向的真值和另一个方向的偏移量，从而得到准确性更高的标定。

附图说明

图1为本发明一种实施例的标定板的结构示意图；

图2为本发明一种实施例的纵向采样区的结构示意图；

图3为本发明一种实施例的横向采样图的结构示意图；

图4为本发明一种实施例的纵向采样图的结构示意图；

图5为本发明一种实施例的横向参考线和纵向参考线的示意图；

图6为本发明一种实施例的步骤（5）的具体流程图；

图7为本发明一种实施例的光栅尺差值示意图；

图8为本发明另一种实施例的光栅尺差值示意图；

图9为本发明一种实施例的标定方法的测量结果的图表；

图10为现有标定方法的测量结果的图表。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种光栅尺标定方法，包括如下步骤：

（1）对摆放在机台上的标定板进行采图，标定板作为后续采图和计算的参考板，覆盖在机台的载物台台面上。如图1中所示，在所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区1以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区2，横向采样区1和纵向采样区2呈带状延伸。横向采样区1和纵向采样区2可以随需要设置两个或者三个以上，本实施例中，横向采样区1和纵向采样区2设置为三个，下文的实施例也以三个为例。

如图2-4所示，在所述横向采样区1的起始端和尾端可分别设置横向采样标识100，横向采样标识100可以设置两组，一组位于起始端，一组位于尾端，并均沿纵向排列成一列，两组的横向采样标识100的纵向坐标一一相等，使两组相对应的横向采样标识100连成的直线与y轴平行。同理，在所述纵向采样区2的起始端和尾端可分别设置纵向采样标识200，纵向采样标识200可以设置两组，一组位于起始端，一组位于尾端，如图3所示，纵向采样标识200沿横向排列成一行，两组中相对的纵向采样标识200横向坐标一一相等，使两组相对应的纵向采样标识200连成的直线与y轴平行。如图3所示，位于起始端的最左侧的纵向采样标识200与位于尾端的最左侧的纵向采样标识200的x轴坐标相等。图中，横向采样区1和纵向采样区2均是由棋盘状的黑白方块构成，横向采样标识100和纵向采样标识200可以是如图中所示，由多个白色方块形成的十字形状。

针对上述标定板，相机将从横向采样区1的起始端和纵向采样区2的起始端分别进行采图。具体，相机沿其中一个横向采样区1的起始端保证Y光栅尺不动并沿着X轴方向移动并采图，如图3所示，第一幅图包含起始端的横向采样标识100，最后一幅图包含尾端的横向采样标识100。相机的采样间隔可以随机台大小进行调整，如图2所示，单个黑方块或白方块的长度为0.1mm，每次相机可以移动1mm进行采图，这样每个横向采样区1内可获得多张横向采样图，这些采样图形成一组，对每个横向采样区1均进行采图，则获得多个与横向采样区1相对应的多组横向采样图。由于相机是沿光栅尺进行移动，其位置会产生一定的偏差，同时由于标定板的摆定位置不同，其位置也会产生一定的偏差，如图3所示，左侧的横向采样标识100与后侧的横向采样标识100在世界坐标中的y轴位置是一致的，但是在图像中则产生的变化。

同理，相机将从纵向采样区2的起始端和进行采图，将沿其中一个纵向采样区2的起始端保证X光栅尺不动并沿着Y轴方向移动并采图，如图4所示，第一幅图包含起始端的纵向采样标识200，最后一幅图包含尾端的纵向采样标识200。相机的采样间隔也可以随机台大小进行调整。这样每个纵向采样区2内可获得多张纵向采样图，这些采样图形成一组，对每个纵向采样区2均进行采图，则获得多组纵向采样图。由于相机是沿光栅尺进行移动，同时由于标定板的摆定位置不同，也可以从图4中看出，纵向采样标识200的X轴位置也发生了改变。由于横向采样区1和纵向采样区2均设置有多个，相机在采图时，可以先对横向采样区1进行采图，也可以先对纵向采样区2进行采图，当然，也可以交替进行采图。

（2）在采图完成之后，将进行读取操作。可以先读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该横向采样标识100的位置，从而给定一个横向Roi和一个纵向Roi，横向Roi和纵向Roi可以均呈带状，通过霍夫检测计算出两个Roi的直线方程，再计算两条直线的交点，该交点即为横向采样标识100的精确位置，计算该交点的在该采样图中的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标并保存。图像坐标可以依据传统的图像识别算法等计算出来，依据霍夫检测所计算出来的两条直线，根据横向Roi和标定板中当黑白方块的宽度，画取六个不同位置的横向Roi，检测六条直线，求取斜率的平均值作为图像的偏转角度。图像的光栅尺坐标可以通过读取相机在拍摄该图像的光栅尺刻度来确定。完成第一幅图的读取之后，继续读取该组横向采样图中的后续图像，获取第一幅图中确定的Roi位置，求取该Roi位置中与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标。基于同样的原理，保存纵向采样区2中第一幅图的交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，还保存后续图中该相应点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标。

（3）重复上述步骤（2），直至所有采样图均读取完毕。每一组采样图可以按照预定顺序先后处理，也可以同时处理，读取的先后顺序可以随意调整，不影响最终的处理结果。

（4）计算各采样图的图像中心的图像坐标，图像中心为图像的几何中心，也可以依据现有的计算方法计算出该图像坐标。再根据图像中心的图像坐标、各图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标。其中，各图像中所求点的图像坐标包括第一幅图中的交点以及后续图中与交点相对应的所求取的点。保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及角度。

如图5所示，将同一横向采样区内采样图的图像中心连结成横向参考线11，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线21，以供后续计算。则图中被横向参考线11和纵向参考线21划分成多个区域，1-4区域均位于横向参考线11和纵向参考线21围合的范围内，其他区域则位于两个参考线围合的范围之外。

（5）当相机拍摄了机台上某一位置的图像，可以依据该横向参考线11和纵向参考线21以及保持的数据来计算待检测图像的世界坐标。

步骤（5）中的计算方式可依据待检测的图像与横向参考线11和纵向参考线21的相对位置关系来确定，具体可以如图6所示。在一种实施方式中，可粗定位待检测图像的位置，确定出待检测图像的光栅尺坐标，在依据该待检测图像的光栅尺坐标来确定其与横向参考线11和纵向参考线21的位置关系。当待检测图像的位置位于图5所示的横向参考线11和纵向参考线21围合范围之外，即没有处于图中1-4区域内，则依据与待检测图像的位置相邻的一条横向参考线和一条纵向参考线，分别进行x轴坐标和y轴坐标插值，计算待检测图像的世界坐标。

具体的，已知待检测图像的光栅尺坐标（x，y），求世界坐标（X,Y），分别在临近的横向参考线11和纵向参考线21中找到距离图像光栅尺位置最近的两个点，该两点的光栅尺坐标（x1，y1），（x2，y2），该两点的世界坐标系坐标（X1,Y1）,(X2,Y2)。需要说明的是，在横向参考线里面，世界坐标的x值是真实值，世界坐标的y值是偏移量，在纵向参考线里面，世界坐标的y值是真实值，世界坐标的x值是偏移量。则依据插值算法，得到：

X_real=(X1*(x2-x)/ (x2-x1)+ X2*(x-x1)/ (x2-x1))

Y_offset=(Y1*(x2-x)/ (x2-x1)+ Y2*(x-x1)/ (x2-x1))

X_offset =(X1*(y2-y)/ (y2-y1)+ X2*(y-y1)/ (y2-y1))

Y_real =(Y1*(y2-y)/ (y2-y1)+ Y2*(y-y1)/ (y2-y1))

X= X_real+ X_offset;

Y= Y_real+ Y_offset;

X,Y即为图像的世界坐标。

进一步的，当判断出待检测图像的位置位于横向参考线11和纵向参考线21围合范围之内，即位于图5中的1-4区域，则依据与待检测图像的位置相邻的两条横向参考线和两条纵向参考线，例如，当待检测的图像位于区域1，则位于最上方和中间位置的横向参考线与待检测图像相邻，位于最左侧和中间位置的纵向参考线与待检测图像相邻。在依据所确定的横向参考线和纵向参考线，分别进行x轴坐标和y轴坐标插值，计算待检测图像的世界坐标。

具体的，已知图片光栅尺坐标（x，y），求世界坐标（X,Y）,求取周围临近4条参考线两两插值的世界坐标的结果（X1,Y1）（X2,Y2）（X3,Y3）（X4,Y4），然后根据四条参考线相交的点的光栅尺的位置（x1,y1）（x2,y1）（x1,y2）（x2,y2）,进行双线性插值：

X=X1*((x2-x)/(x2-x1))* ((y2-y)/(y2-y1))+ X2*((x-x1)/(x2-x1))* ((y2-y)/(y2-y1)) + X3*((x2-x)/(x2-x1))* ((y-y1)/(y2-y1)) + X4*((x-1x)/(x2-x1))* ((y-y1)/(y2-y1));

Y= Y1*((x2-x)/(x2-x1))* ((y2-y)/(y2-y1))+ Y2*((x-x1)/(x2-x1))* ((y2-y)/(y2-y1)) + Y3*((x2-x)/(x2-x1))* ((y-y1)/(y2-y1)) + Y4*((x-1x)/(x2-x1))* ((y-y1)/(y2-y1));

X,Y即为图像的世界坐标。

在一种实施例中，在进行步骤（5）之前，还包括如下步骤：计算各采样图的光栅尺坐标和世界坐标的差值，判断是否存在位于同一光栅尺位置上的差值大于预定差值的情况，若不存在该情况，则执行后续步骤。

步骤（2）和步骤（3）中所计算出来的数据分别是光栅尺的坐标数据和世界坐标的坐标数据。需要判断这些数据是否存在机械重复性，如果不存在机械重复性，计算结果将没有实际意义。为此，计算各采样图的光栅尺坐标和世界坐标的差值，自然，分别包含x轴坐标的差值和y轴坐标的差值。对于同一光栅尺位置上的差值进行判断，判断是否大于预定差值，如果存在位于同一光栅尺位置上的差值大于预定差值的情况，则说明不满足机械重复性，否则说明满足机械重复性。预定差值的具体数值依据实际需要确定，本实施例将预定差值定为2u。如果在同一光栅尺位置相差在2u以内，如图7所示，如果在同一光栅尺位置相差2u，则表示机械的重复性不符合要求，如图8所示。

图9和图10分别是本发明一种实施例的标定方法的测量结果的图表和现有标定方法的测量结果的图表，从结果可以看出，本发明标定方法的最大误差在2.78u，但是现有标定方法的结果误差较大，因而本发明的准确性更高。

根据本发明第二方面，本发明提供一种光栅尺标定装置，包括：

采图模块，用于对摆放在机台上的标定板进行采图，所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区，所述横向采样区的起始端和所述纵向采样区的起始端均包含一个采样标识；从横向采样区的起始端开始在保证Y轴光栅尺不移动的情况下沿X轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个横向采样区对应的多组横向采样图，并从纵向采样区的起始端开始在保证X轴光栅尺不移动的情况下沿Y轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个纵向采样区对应的多组纵向采样图；

读取模块，用于读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组横向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；并用于读取一组纵向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组纵向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一纵向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；继续读取后续图像，直至所有采样图均读取完毕；

计算模块，用于计算各采样图的图像中心的图像坐标，根据图像中心的图像坐标、图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；

确定模块，用于依据与待检测图像的位置相邻的横向参考线和纵向参考线，确定待检测图像的世界坐标。

本发明实施例的光栅尺标定装置的说明可以参考光栅尺标定方法部分的实施例。

根据本发明第三方面，本发明提供一种视觉检测装置，包括机台，固定在机台上光栅尺以及随光栅尺移动的相机，还包括与相机相连的处理器，所述处理器配置用于执行下列步骤：（1）控制相机对摆放在机台上的标定板进行采图，所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区，所述横向采样区的起始端和所述纵向采样区的起始端均包含一个采样标识；从横向采样区的起始端开始在保证Y轴光栅尺不移动的情况下沿X轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个横向采样区对应的多组横向采样图，并从纵向采样区的起始端开始在保证X轴光栅尺不移动的情况下沿Y轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个纵向采样区对应的多组纵向采样图；

（2）读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组横向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；

读取一组纵向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组纵向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一纵向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；继续读取后续图像，直至所有采样图均读取完毕；

（3）重复上述步骤（2），直至所有采样图均读取完毕；

（4）计算各采样图的图像中心的图像坐标，根据图像中心的图像坐标、图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；

（5）依据与待检测图像的位置相邻的横向参考线和纵向参考线，确定待检测图像的世界坐标。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (6)

1.一种光栅尺标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）对摆放在机台上的标定板进行采图，所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区，所述横向采样区的起始端和所述纵向采样区的起始端均包含一个采样标识；从横向采样区的起始端开始在保证Y轴光栅尺不移动的情况下沿X轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个横向采样区对应的多组横向采样图，并从纵向采样区的起始端开始在保证X轴光栅尺不移动的情况下沿Y轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个纵向采样区对应的多组纵向采样图；

（2）读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组横向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；

读取一组纵向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组纵向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一纵向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；

（3）重复上述步骤（2），直至所有采样图均读取完毕；

（4）计算各采样图的图像中心的图像坐标，根据图像中心的图像坐标、图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及图像的偏转角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；

（5）依据与待检测图像的位置相邻的横向参考线和纵向参考线，确定待检测图像的世界坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）具体包括：

粗定位待检测图像的位置，当待检测图像的位置位于横向参考线和纵向参考线围合范围之外，依据与待检测图像的位置相邻的一条横向参考线和一条纵向参考线，分别进行x轴坐标和y轴坐标插值，计算待检测图像的世界坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

当待检测图像的位置位于横向参考线和纵向参考线围合范围之内，依据与待检测图像的位置相邻的两条横向参考线和两条纵向参考线，分别进行x轴坐标和y轴坐标插值，计算待检测图像的世界坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤（5）之前，还包括如下步骤：计算各采样图的光栅尺坐标和世界坐标的差值，判断是否存在位于同一光栅尺位置上的差值大于预定差值的情况，若不存在该情况，则执行后续步骤。

5.一种光栅尺标定装置，其特征在于，包括：

采图模块，用于对摆放在机台上的标定板进行采图，所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区，所述横向采样区的起始端和所述纵向采样区的起始端均包含一个采样标识；从横向采样区的起始端开始在保证Y轴光栅尺不移动的情况下沿X轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个横向采样区对应的多组横向采样图，并从纵向采样区的起始端开始在保证X轴光栅尺不移动的情况下沿Y轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个纵向采样区对应的多组纵向采样图；

读取模块，用于读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组横向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；并用于读取一组纵向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组纵向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一纵向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；继续读取后续图像，直至所有采样图均读取完毕；

计算模块，用于计算各采样图的图像中心的图像坐标，根据图像中心的图像坐标、图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；

确定模块，用于依据与待检测图像的位置相邻的横向参考线和纵向参考线，确定待检测图像的世界坐标。

6.一种视觉检测装置，其特征在于：

包括机台，固定在机台上光栅尺以及随光栅尺移动的相机，还包括与相机相连的处理器，所述处理器配置用于执行下列步骤：（1）控制相机对摆放在机台上的标定板进行采图，所述标定板上设置有多个沿X轴方向延伸并位于不同Y轴位置的横向采样区以及多个沿Y轴方向延伸并位于不同X轴位置的纵向采样区，所述横向采样区的起始端和所述纵向采样区的起始端均包含一个采样标识；从横向采样区的起始端开始在保证Y轴光栅尺不移动的情况下沿X轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个横向采样区对应的多组横向采样图，并从纵向采样区的起始端开始在保证X轴光栅尺不移动的情况下沿Y轴方向移动并采图，第一幅图包含所述采样标识，获得多个纵向采样区对应的多组纵向采样图；

（2）读取一组横向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组横向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一横向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；

读取一组纵向采样图中的第一幅图，粗定位该采样标识的位置，根据该位置给定一个横向Roi和一个纵向Roi，通过霍夫检测计算出直线方程，计算两条直线的交点，同时根据横向Roi的位置在图像中画取多个横向Roi,计算图像的偏转角度；保存该交点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该交点的世界坐标，继续读取该组纵向采样图中的后续图像，确定在Roi位置与第一幅图中交点处于同一纵向直线上的点，保存该点的图像坐标、该图像的偏转角度、该图像的光栅尺坐标以及该点的世界坐标；继续读取后续图像，直至所有采样图均读取完毕；

（3）重复上述步骤（2），直至所有采样图均读取完毕；

（4）计算各采样图的图像中心的图像坐标，根据图像中心的图像坐标、图像中所求点的图像坐标、图像中所求点的世界坐标以及图像的偏转角度，通过坐标系转换方程计算出图像中心的世界坐标，保存对应的图像的光栅尺坐标和图像中心的世界坐标以及角度，同一横向采样区内采样图的图像中心形成横向参考线，同一纵向采样区内采样图的图像中心形成纵向参考线；

（5）依据与待检测图像的位置相邻的横向参考线和纵向参考线，确定待检测图像的世界坐标。

Images