CN109685857B - 一种全自动丝印机视觉标定及对位贴合算法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动丝印机视觉标定算法，其具体步骤如下：(1)标定相机图像坐标系与相机世界坐标系之间关系；(2)标定相机世界坐标系与相机组世界坐标系之间关系；(3)相机组世界坐标系与平台世界坐标的之间关系。一种全自动丝印机视觉对位贴合算法步骤如下：步骤(1)：记录目标位置；步骤(2)：记录对象位置；步骤(3)：计算目标与对象位置的纠偏值。本算法应用于全自动丝印机多相机组标定及计算网板和手机玻璃相对位置。本算法以手机玻璃本身特性作为标定模块，相对于传统标定算法以标准标定块进行标定，本算法标定时间快速、方便、成本低，极大的减少了设备的调试时间，为客户创造更大的价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种全自动丝印机视觉标定及对位贴合算法，属于丝印机技术领域。
背景技术
丝印机在印刷过程中，经常需要采用合适的方式进行视觉标定和对位贴合，以便获取丝网和手机玻璃位置，一般的处理方式，大多存在不足，对此，有必要根据需要进行改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全自动丝印机视觉标定及对位贴合算法，以便更好地改善使用效果。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种全自动丝印机视觉标定及对位贴合算法，其具体步骤如下：
(1)标定相机图像坐标系与相机世界坐标系之间关系：根据手机玻璃四条边L1L2，L3L2，L4L3，L4L1特性，L1L2与L4L3平行，L3L2与L4L1平行，L1L2与L3L2垂直，每个相机建立相机世界坐标系HiOiVi，原点Oi与相机图像坐标系SiOiMi原点重合，Hi轴与L1L2平行，Vi轴与L4L1平行。直线L1L2出现在相机1视野中P10P11线段，计算P10P11线段在相机图像坐标系S1O1M1角度为α1，即坐标系H1O1V1与坐标系S1O1M1角度α1，同理计算坐标系H2O2V2与坐标系S2O2M2角度α2，坐标系H3O3V3与坐标系S3O3M3角度α3，坐标系H4O4V4与坐标系S4O4M4角度α4，坐标系H5O5V5与坐标S5O5M5系角度α5，在相机图像坐标系SiOiMi坐标(Xi，Yi)，在相机世界坐标系HiOiVi坐标(Xhi，Yhi)，两者关系如下
说明：i表示每个相机对应的相机世界坐标系HiOiVi、相机图像坐标系SiOiMi、原点Oi、及两坐标的夹角αi的序号，取值1、2、3、4、5
(2)标定相机世界坐标系与相机组世界坐标系之间关系：在步骤(1)基础上，运动平台分别旋转手机玻璃两次，手机玻璃位置共三次位置分别以蓝色、青色、绿色表示，直线L1L3三次出现在相机2视野位置分别是P20P21、P22P23、P24P25；而旋转中心O到P20P21、P22P23、P24P25距离是相等的，建立方程组求出O点在坐标系H2O2V2位置(X2，Y2)，先求出P20(Xh20，Yh20)，P21(Xh21，Yh21)两点坐标，直线P20P21方程：
点到直线距离方程组
同理求出O点在坐标系H1O1V1位置(X1，Y1)，O点在坐标系H3O3V3位置(X3，Y3)，O点在坐标系H4O4V4位置(X4，Y4)，O点在坐标系H5O5V5位置(X5，Y5)。
建立相机组世界坐标系H0V，坐标系HOV与H1O1V1，H2O2V2，H3O3V3，H4O4V4，H5O5V5平行，得出O1，O2，O3，O4，O5在HOV坐标系位置(-X1，-Y1)，(-X2，-Y2)，(-X3，-Y3)(-X4，-Y4)(-X5，-Y5)。相机世界坐标系HiOiVi坐标(Xhi，Yhi)，相机组世界坐标系H0V坐标(Xui，Yui)，两者关系如下。
说明：i表示每个相机对应的相机世界坐标系HiOiVi中的坐标(Xhi，Yhi)、相机组世界坐标系H0V坐标(Xui，Yui)的序号，取值1、2、3、4、5
(3)相机组世界坐标系与平台世界坐标的之间关系：在步骤(1)标定基础上，运动平台运动X轴运动距离D，Y轴不动，手机玻璃位置以红色表示，根据P10(X10，Y10)、P20(X20，Y20)、P30(X30，Y30)、P40(X40，Y40)、P50(X50，Y50)在HOV坐标系坐标。
直线L1L2的斜率k1，直线L3L2的斜率k2，直线L4L3斜率k3，直线L4L1斜率k4。
四条直线的直线方程分别为
四条直线的交点，即是手机玻璃四个角点L1、L2、L3、L4坐标，然后求出对角线L1L3、L2L4交点PO1、PO2坐标，向量PO1PO2的向量角就是相机组世界坐标系HOV坐标系与平台世界坐标系XOY坐标系的角度α，距离D与线段PO1PO2像素尺寸的比值就是XOY坐标系与HOV坐标系的比例S。
一种全自动丝印机视觉对位贴合算法步骤如下：
步骤(1)：记录目标位置：在手机玻璃记录印刷手机外框图案，记录手机图案中心点Po1(Xt1，Yt1)坐标，向量L1L2的向量角β1；
步骤(2)：记录对象位置：计算每次手机玻璃的外框中心点Po3(Xt3，Yt3)坐标，向量L11L22的向量角β2；
步骤(3)：计算目标与对象位置的纠偏值：采用一次对位贴合算法，只需采集一张手机玻璃特征图像，一次纠偏到位进行贴合，首先计算角度差△β＝β1-β2，计算Po1、Po3在XOY坐标(Xp1，Yp1)、(Xp3，Yp3)：
先计算对象旋转△β后OPo1坐标(Xr1，Yr1)：
此时对象与目标的角度相等，再计算XY的偏移量(△Xd，△Yd)
最终手机玻璃的纠偏量为(△Xd，△Yd，△β)。
该发明的有益效果在于：本算法应用于全自动丝印机多相机组标定及计算网板和手机玻璃相对位置。本算法以手机玻璃本身特性作为标定模块，相对于传统标定算法以标准标定块进行标定，本算法标定时间快速、方便、成本低，极大的减少了设备的调试时间，为客户创造更大的价值。
附图说明
图1是本发明实施例中所使用坐标系关系图。
图2是本发明实施例中所使用步骤一标定坐标示意图。
图3是本发明实施例中所使用步骤二标定坐标示意图。
图4是本发明实施例中所使用步骤三标定坐标示意图。
图5是本发明实施例中所使用对位贴合算法坐标示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本发明实施例中的全自动丝印机视觉标定及对位贴合算法，涉及相机图像坐标系、相机世界坐标系、相机组世界坐标系及平台世界坐标系，数据在四个坐标系间的转换，均属于平面直角坐标系。
坐标系描述：
相机图像坐标系：右手直角坐标系，原点位于图像左下角，单位为像素。如图1中的S1O1M1，S2O2M2，S3O3M3，S4O4M4，S5O5M5。
相机世界坐标系：右手直角坐标系，原点与相机图像坐标系重合，相机图像坐标系旋转后的坐标系，原点位于图像左下角，单位为像素。如图1中的H1O1V1，H2O2V2，H3O3V3，H4O4V4，H5O5V5。
相机组世界坐标系：右手直角坐标系，原点与平台世界坐标系原点O重合，与相机世界坐标系平行，单位为像素。如图1中的HOV。
平台世界坐标系：右手直角坐标系，原点O即旋转中心。如图1中的XOY。
本发明实施例中的全自动丝印机视觉标定及对位贴合算法步骤如下：
(1)标定相机图像坐标系与相机世界坐标系之间关系，如图2所示，根据手机玻璃四条边L1L2，L3L2，L4L3，L4L1特性，L1L2与L4L3平行，L3L2与L4L1平行，L1L2与L3L2垂直，每个相机建立相机世界坐标系HiOiVi，原点Oi与相机图像坐标系SiOiMi原点重合，Hi轴与L1L2平行，Vi轴与L4L1平行。直线L1L2出现在相机1视野中P10P11线段，计算P10P11线段在相机图像坐标系S1O1M1角度为α1，即坐标系H1O1V1与坐标系S1O1M1角度α1，同理计算坐标系H2O2V2与坐标系S2O2M2角度α2，坐标系H3O3V3与坐标系S3O3M3角度α3，坐标系H4O4V4与坐标系S4O4M4角度α4，坐标系H5O5V5与坐标S5O5M5系角度α5，在相机图像坐标系SiOiMi坐标(Xi，Yi)，在相机世界坐标系HiOiVi坐标(Xhi，Yhi)，两者关系如下
说明：i表示每个相机对应的相机世界坐标系HiOiVi、相机图像坐标系SiOiMi、原点Oi、及两坐标的夹角αi的序号，取值1、2、3、4、5
(2)标定相机世界坐标系与相机组世界坐标系之间关系，如图3所示，在步骤(1)基础上，运动平台分别旋转手机玻璃两次，手机玻璃位置共三次位置分别以蓝色、青色、绿色表示，直线L1L3三次出现在相机2视野位置分别是P20P21、P22P23、P24P25；而旋转中心O到P20P21、P22P23、P24P25距离是相等的，建立方程组求出O点在坐标系H2O2V2位置(X2，Y2)，先求出P20(Xh20，Yh20)，P21(Xh21，Yh21)两点坐标，直线P20P21方程：
点到直线距离方程组
同理求出O点在坐标系H1O1V1位置(X1，Y1)，O点在坐标系H3O3V3位置(X3，Y3)，O点在坐标系H4O4V4位置(X4，Y4)，O点在坐标系H5O5V5位置(X5，Y5)。
建立相机组世界坐标系H0V，坐标系HOV与H1O1V1，H2O2V2，H3O3V3，H4O4V4，H5O5V5平行，得出O1，O2，O3，O4，O5在HOV坐标系位置(-X1，-Y1)，(-X2，-Y2)，(-X3，-Y3)(-X4，-Y4)(-X5，-Y5)。相机世界坐标系HiOiVi坐标(Xhi，Yhi)，相机组世界坐标系H0V坐标(Xui，Yui)，两者关系如下。
说明：i表示每个相机对应的相机世界坐标系HiOiVi中的坐标(Xhi，Yhi)、相机组世界坐标系H0V坐标(Xui，Yui)的序号，取值1、2、3、4、5
(3)相机组世界坐标系与平台世界坐标的之间关系：如图4所示，在步骤(1)标定基础上，运动平台运动X轴运动距离D，Y轴不动，手机玻璃位置以红色表示，根据P10(X10，Y10)、P20(X20，Y20)、P30(X30，Y30)、P40(X40，Y40)、P50(X50，Y50)在HOV坐标系坐标。直线L1L2的斜率k1，直线L3L2的斜率k2，直线L4L3斜率k3，直线L4L1斜率k4。
四条直线的直线方程分别为
四条直线的交点，即是手机玻璃四个角点L1、L2、L3、L4坐标，然后求出对角线L1L3、L2L4交点PO1、PO2坐标，向量PO1PO2的向量角就是相机组世界坐标系HOV坐标系与平台世界坐标系XOY坐标系的角度α，距离D与线段PO1PO2像素尺寸的比值就是XOY坐标系与HOV坐标系的比例S。
如图5所示，本发明实施例中的全自动丝印机视觉对位贴合算法步骤如下：
步骤(1)：记录目标位置：在手机玻璃记录印刷手机外框图案，记录手机图案中心点Po1(Xt1，Yt1)坐标，向量L1L2的向量角β1；
步骤(2)：记录对象位置：计算每次手机玻璃的外框中心点Po3(Xt3，Yt3)坐标，向量L11L22的向量角β2；
步骤(3)：计算目标与对象位置的纠偏值：采用一次对位贴合算法，只需采集一张手机玻璃特征图像，一次纠偏到位进行贴合，首先计算角度差△β＝β1-β2，计算Po1、Po3在XOY坐标(Xp1，Yp1)、(Xp3，Yp3)：
先计算对象旋转△β后OPo1坐标(Xr1，Yr1)：
此时对象与目标的角度相等，再计算XY的偏移量(△Xd，△Yd)
最终手机玻璃的纠偏量为(△Xd，△Yd，△β)。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种全自动丝印机视觉标定及对位贴合算法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)标定相机图像坐标系与相机世界坐标系之间关系：根据手机玻璃四条边L1L2，L3L2，L4L3，L4L1特性，L1L2与L4L3平行，L3L2与L4L1平行，L1L2与L3L2垂直，每个相机建立相机世界坐标系HiOiVi，原点Oi与相机图像坐标系SiOiMi原点重合，Hi轴与L1L2平行，Vi轴与L4L1平行；直线L1L2出现在相机1视野中P10P11线段，计算P10P11线段在相机图像坐标系S1O1M1角度为α1，即坐标系H1O1V1与坐标系S1O1M1角度α1，同理计算坐标系H2O2V2与坐标系S2O2M2角度α2，坐标系H3O3V3与坐标系S3O3M3角度α3，坐标系H4O4V4与坐标系S4O4M4角度α4，坐标系H5O5V5与坐标S5O5M5系角度α5，在相机图像坐标系SiOiMi坐标(Xi，Yi)，在相机世界坐标系HiOiVi坐标(Xhi，Yhi)，两者关系如下：
(2)标定相机世界坐标系与相机组世界坐标系之间关系：在步骤(1)基础上，运动平台分别旋转手机玻璃两次，手机玻璃位置共三次位置分别以蓝色、青色、绿色表示，直线L1L3三次出现在相机2视野位置分别是P20P21、P22P23、P24P25；而旋转中心O到P20P21、P22P23、P24P25距离是相等的，建立方程组求出O点在坐标系H2O2V2位置(X2，Y2)，先求出P20(Xh20，Yh20)，P21(Xh21，Yh21)两点坐标，直线P20P21方程：
点到直线距离方程组：
同理求出O点在坐标系H1O1V1位置(X1，Y1)，O点在坐标系H3O3V3位置(X3，Y3)，O点在坐标系H4O4V4位置(X4，Y4)，O点在坐标系H5O5V5位置(X5，Y5)；
建立相机组世界坐标系H0V，坐标系HOV与H1O1V1，H2O2V2，H3O3V3，H4O4V4，H5O5V5平行，得出O1，O2，O3，O4，O5在HOV坐标系位置(-X1，-Y1)，(-X2，-Y2)，(-X3，-Y3)(-X4，-Y4)(-X5，-Y5)；相机世界坐标系HiOiVi坐标(Xhi，Yhi)，相机组世界坐标系H0V坐标(Xui，Yui)，两者关系如下：
(3)相机组世界坐标系与平台世界坐标的之间关系：在步骤(1)标定基础上，运动平台运动X轴运动距离D，Y轴不动，手机玻璃位置以红色表示，根据P10(X10，Y10)、P20(X20，Y20)、P30(X30，Y30)、P40(X40，Y40)、P50(X50，Y50)在HOV坐标系坐标；直线L1L2的斜率k1，直线L3L2的斜率k2，直线L4L3斜率k3，直线L4L1斜率k4；
四条直线的直线方程分别为
四条直线的交点，即是手机玻璃四个角点L1、L2、L3、L4坐标，然后求出对角线L1L3、L2L4交点PO1、PO2坐标，向量PO1PO2的向量角就是相机组世界坐标系HOV坐标系与平台世界坐标系XOY坐标系的角度α，距离D与线段PO1PO2像素尺寸的比值就是XOY坐标系与HOV坐标系的比例S。
2.根据权利要求1所述的全自动丝印机视觉标定及对位贴合算法，其特征在于，所述对位贴合算法的步骤如下：
步骤(1)：记录目标位置：在手机玻璃记录印刷手机外框图案，记录手机图案中心点Po1(Xt1，Yt1)坐标，向量L1L2的向量角β1；
步骤(2)：记录对象位置：计算每次手机玻璃的外框中心点Po3(Xt3，Yt3)坐标，向量L11L22的向量角β2；
步骤(3)：计算目标与对象位置的纠偏值：采用一次对位贴合算法，只需采集一张手机玻璃特征图像，一次纠偏到位进行贴合，首先计算角度差△β＝β1-β2，计算Po1、Po3在XOY坐标系下的坐标(Xp1，Yp1)、(Xp3，Yp3)：
先计算目标坐标(Xp1，Yp1)旋转△β后的坐标(Xr1，Yr1)：
此时对象与目标的角度相等，再计算XY的偏移量(△Xd，△Yd)
最终手机玻璃的纠偏量为(△Xd，△Yd，△β)。
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| CN106643500A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 华中科技大学 | 一种对锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法 |
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