CN110672009B - 基于机器视觉的基准定位、物体姿态调整及图形显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的基准定位方法、物体姿态调整方法以及物体实际姿态的图形显示方法，基准定位方法包括步骤：1)标定基准调整平台上的两个参考点的位置；2)计算两个参考点相对于视觉相机的角度，根据所述角度调平所述基准调整平台；3)定位并记录视觉相机能够拍摄到参考点的位置，以其中的第一参考点为基准原点，建立坐标系。根据本发明的基于机器视觉的基准定位、物体姿态调整及图形显示方法，能够缩短定位补偿的时间，只拍2个物体上的点就能调整检测物体的实际姿态，相比拍3次，提升33％定位时间。检测物体旋转后无需再次进行定位拍照，大幅缩短定位时间。

Description

基于机器视觉的基准定位、物体姿态调整及图形显示方法

技术领域

本发明涉及自动化设备领域，尤其涉及一种基于机器视觉的基准定位、物体姿态调整及图形显示方法。

背景技术

目前自动化检测设备的检测对象定位方式一般有机械定位，机器视觉定位方式。

目前机器视觉定位方式用于非圆形检测对象补偿时，需要先拍两个定位mark，校正旋转角度之后，再拍一次mark，用于补偿XY方向，此种方法增加了定位时间，降低了设备的效率。

目前定位补偿方式，当检测物体旋转任意角度时，需要再次拍照定位，降低设备的效率。

目前定位补偿方式，是将补偿值直接补偿到轴的运动过程中，此方式没有图形交互，使用者无法知道当前被检测物体的真实姿态，人机交互差。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种基于机器视觉的基准定位、物体姿态调整及图形显示方法。

为实现上述目的，本发明体用一种基于机器视觉的基准定位方法，包括以下步骤：

1)标定基准调整平台上的两个参考点的位置；

2)计算两个参考点相对于视觉相机的角度，根据所述角度调平所述基准调整平台；

3)定位并记录两个参考点的位置，以其中的第一参考点为基准原点，建立坐标系。

根据本发明的一个方面，在所述1)步骤中，包括以下标定步骤：

11)移动视觉相机，使所述基准调整平台上的所述第一参考点处于所述视觉相机的拍摄范围内，记录当前能够促使所述视觉相机拍摄到所述第一参考点的位置；

12)移动所述视觉相机，使所述基准调整平台上的第二参考点处于所述视觉相机的拍摄范围内，记录当前能够促使所述视觉相机拍摄到所述第二参考点的位置。

根据本发明的一个方面，在所述2)步骤中，根据所述第1)步骤中的两个记录位置和计算机图像处理后返回的差值，计算所述基准调整平台上的两个参考点相对于所述视觉相机调平所需要旋转的角度，然后将所述基准调整平台调整至此角度。

根据本发明的一个方面，在所述3)步骤中，调整所述视觉相机，使得所述基准调整平台上的所述第一参考点位于所述视觉相机的视野中心，横向/或者纵向移动所述视觉相机，使得所述基准调整平台上的第二参考点也位于所述视觉相机的视野中心，记录此时还能够促使所述视觉相机拍摄到所述第一参考点的位置，以所述第一参考点为基准原点，建立坐标系。

为实现上述目的，本发明提供一种基于上述的基准定位方法的物体姿态调整方法，包括以下步骤：

a.根据物体在所述基准调整平台上的理论放置位置，计算理论放置的物体上的两个点相对于所述坐标系的所述基准原点的两个理论坐标P₁和P₂；

b.根据物体在所述基准调整平台上的实际放置位置，计算出实际放置的物体上与所述理论放置的物体上的两个点分别对应的两个点相对于所述坐标系的所述基准原点的两个实际坐标P′₁和P′₂；

c.根据所述两个理论坐标P₁和P₂以及所述两个实际坐标P₁和P₂计算物体实际所需调整的角度和移动距离。

根据本发明的一个方面，在所述c步骤中，根据两个理论坐标P₁和P₂，确定一条直线L₁；根据两个实际坐标P′₁和P′₂，确定一条直线L₂；然后根据两个理论坐标P₁和P₂以及两个实际坐标P′₁和P′₂计算出直线L₁和L₂的夹角θ。

根据本发明的一个方面，计算所述夹角θ包括以下步骤：

(1)将直线L₁分解到坐标系的X，Y方向，得到V_1(x)＝P_2(x)-P_1(x)，V_1(y)＝P_2(y)-P_1(y)；

(2)将直线L₂分解到坐标系的X，Y方向，得到V_2(x)＝P′_2(x)-P′_1(x)，V_2(y)＝P′_2(y)-P′_1(y)；

(3)计算L₁和X轴的夹角，

(4)计算L₂和X轴的夹角，

(5)如果V_1(x)＜0，则，θ₁＝π-θ₁；

(6)如果V_2(x)＜0，则，θ₂＝π-θ₂；

(7)计算两条线的夹角，θ＝θ₂-θ₁，进一步得：

θ＝θ，-π≤θ≤π；

θ＝θ+2π，θ＜-π；

θ＝θ-2π，θ＞π。

根据本发明的一个方面，在所述c步骤中，计算物体上的其中一个点从所述P₁移动到所述P₁′所需移动的距离dx＝P′_1(x)-P_1(x)和dy＝P′_1(y)-P_1(y)；

根据距离dx和dy，将所述实际放置的物体移动至新的位置；

以物体上的所述其中一个点为旋转中心，旋转所述θ角度，完成姿态调整。

为实现上述目的，本发明提供一种物体实际姿态的图形显示方法，包括以下步骤：

①将坐标系、物体以及旋转中心分别继承自QGraphicsItem进行重写，得到以下三个类：

坐标系：CGraphicsCoordinateItem；

物体：CGraphicsPanelItem；

旋转中心：CGraphicsPointItem；

②将旋转中心设置在坐标系上，物体设置在旋转中心上；

③将坐标系、物体、旋转中心、QGraphicsScene和QGraphicsView进行实例化后得到物体实际姿态的图形显示；

④根据前述的物体姿态调整方法显示当前物体的实际姿态。

根据本发明的基于机器视觉的基准定位、物体姿态调整及图形显示方法，能够缩短定位补偿的时间，只拍2个物体上的点就能调整检测物体的实际姿态，相比拍3次，提升33％定位时间。

检测物体旋转后无需再次进行定位拍照，大幅缩短定位时间。

提供友好的人机交互显示，方便使用者实时观察当前检测物体的实际姿态。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的基于机器视觉的基准定位方法的流程图；

图2示意性表示用于实现根据本发明的基于机器视觉的基准定位方法的基准调整平台的示意图；

图3为物体理论姿态示意图；

图4示意性表示根据本发明的基于上述基准定位方法的物体姿态调整方法的流程图；

图5为物体实际姿态示意图；

图6示意性表示根据本发明的物体实际姿态的图形显示方法的流程图；

图7为物体旋转后姿态示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

图1示意性表示根据本发明的基于机器视觉的基准定位方法的流程图，如图1所示，根据本发明的基于机器视觉的基准定位方法，包括以下步骤：

1)标定基准调整平台上的两个参考点的位置；

2)计算两个参考点相对于视觉相机的角度，根据所述角度调平所述基准调整平台；

3)定位并记录视觉相机能够拍摄到参考点的位置，以其中的第一参考点为基准原点，建立坐标系。

根据本发明的基于机器视觉的基准定位方法，在上述1)步骤中，还进一步包括以下标定步骤：

11)移动视觉相机，使所述基准调整平台上的所述第一参考点处于所述视觉相机的拍摄范围内，记录当前能够促使所述视觉相机拍摄到所述第一参考点的位置；

12)移动所述视觉相机，使所述基准调整平台上的第二参考点处于所述视觉相机的拍摄范围内，记录当前能够促使所述视觉相机拍摄到所述第二参考点的位置。

在上述2)步骤中，根据上述第1)步骤中的两个记录位置(即11)步中记录的能够促使所述视觉相机拍摄到所述第一参考点的位置和12)步中记录的能够促使所述视觉相机拍摄到所述第二参考点的位置)和计算机图像处理后返回的差值，计算所述基准调整平台上的两个参考点相对于所述视觉相机调平所需要旋转的角度，然后将所述基准调整平台调整至此角度。

在上述3)步骤中，调整所述视觉相机，使得所述基准调整平台上的所述第一参考点位于所述视觉相机的视野中心，横向/或者纵向移动所述视觉相机，使得所述基准调整平台上的第二参考点也位于所述视觉相机的视野中心，记录此时还能够促使所述视觉相机拍摄到所述第一参考点的位置，以所述第一参考点为基准原点，建立坐标系。

根据本发明的上述基于机器视觉的基准定位方法，提出以下具体实施方式：

图2示意性表示用于实现根据本发明的基于机器视觉的基准定位方法的基准调整平台的示意图。如图2所示，该基准调整平台上具有两个标定孔A和B，即视为两个参考点。该基准调整平台可以根据需要安装在任意组合的运动机构上。

在本实施方式中，第一，移动视觉相机使基准调整平台参考点A处于相机视野内，记录当前轴的位置(轴的位置即为本发明中能够促使视觉相机拍摄到参考点A的位置，该位置并非固定的某个点，而是指的能够拍摄到参考点A的范围内的各个点)。

第二，移动视觉相机使基准调整平台参考点B处于相机视野内，记录当前轴的位置(该位置同第一步中所述)。

第三，根据轴的位置和机器视觉返回的值(即计算机图像处理后返回的差值)计算出基准调整平台参考点A和B相对于相机调平所需要旋转的角度，并将平台调整到此角度，从而保证平台相对于相机调平。

第四，将各轴定位到基准调整平台参考点A，使参考点A处于相机视野中心，只移动相机X轴，定位到平台参考点B，此时参考点B也处于相机视野中心，记录此时定位到平台参考点A的轴位置。

第五，此时平台参考点A的位置即为如图3坐标系原点O。

图4示意性表示根据本发明的基于上述基准定位方法的物体姿态调整方法的流程图。如图4所示，根据本发明的物体姿态调整方法，包括以下步骤：

a.根据物体在所述基准调整平台上的理论放置位置，计算理论放置的物体上的两个点相对于所述坐标系的所述基准原点的两个理论坐标P₁和P₂；

b.根据物体在所述基准调整平台上的实际放置位置，计算出实际放置的物体上与所述理论放置的物体上的两个点分别对应的两个点相对于所述坐标系的所述基准原点的两个实际坐标P′₁和P′₂；

c.根据所述两个理论坐标P₁和P₂以及所述两个实际坐标P′₁和P′₂计算物体实际所需调整的角度和移动距离。

根据本发明的物体姿态调整方法，在上述c步骤中，根据两个理论坐标P₁和P₂，确定一条直线L₁；根据两个实际坐标P′₁和P′₂，确定一条直线L₂；然后根据两个理论坐标P₁和P₂以及两个实际坐标P′₁和P′₂计算出直线L₁和L₂的夹角θ。

根据本发明的上述物体姿态调整方法，提出以下具体实施方式：

首先，建立坐标系XOY，如图3，两条虚线的交点为坐标系原点O；点mark1和mark2为检测物体(PANEL)的定位点mark，mark1和mark2相对于同一种检测物体(PANEL)为定值；旋转中心坐标为基准调整平台的旋转中心；检测物体放在该基准调整平台上。

然后，根据检测物体在基准调整平台上的理论放置位置，计算出检测物体上点mark1和mark2相对于原点O的理论坐标P₁和P₂，进行设置，如图3。

之后，通过机器视觉计算后得出实际检测物体上点mark1和mark2相对于原点O的坐标P′₁和P′₂。

在本实施方式中，计算上述夹角θ(即物体实际所需调整的角度)包括以下步骤：

(1)将直线L₁分解到坐标系的X，Y方向，得到V_1(x)＝P_2(x)-P_1(x)，V_1(y)＝P_2(y)-P_1(y)；

(2)将直线L₂分解到坐标系的X，Y方向，得到V_2(x)＝P′_2(x)-P′_1(x)，V_2(y)＝P′_2(y)-P′_1(y)；

(3)计算L₁和X轴的夹角，

(4)计算L₂和X轴的夹角，

(5)如果V_1(x)＜0，则，θ₁＝π-θ₁；

(6)如果V_2(x)＜0，则，θ₂＝π-θ₂；

(7)计算两条线的夹角，θ＝θ₂-θ₁，进一步得：

θ＝θ，-π≤θ≤π；

θ＝θ+2π，θ＜-π；

θ＝θ-2π，θ＞π。

进一步地，在上述c步骤中，计算物体上的其中一个点从所述P₁移动到所述P′₁所需移动的距离dx＝P′_1(x)-P_1(x)和dy＝P′_1(y)-P_1(y)；

根据距离dx和dy，将所述实际放置的物体移动至新的位置；

以物体上的所述其中一个点为旋转中心，旋转所述θ角度，完成姿态调整，如图5。

图6示意性表示根据本发明的物体实际姿态的图形显示方法的流程图。如图6所示，根据本发明的图形显示方法包括以下步骤：

①将坐标系、物体以及旋转中心分别继承自QGraphicsItem进行重写，得到以下三个类：

坐标系：CGraphicsCoordinateItem；

物体：CGraphicsPanelItem；

旋转中心：CGraphicsPointItem；

②将旋转中心设置在坐标系上，物体设置在旋转中心上；

③将坐标系、物体、旋转中心、QGraphicsScene和QGraphicsView进行实例化后得到物体实际姿态的图形显示；其中，实例化是指在面向对象的编程中，通常把用类创建对象的过程称为实例化，如Date date＝new Date()；就是用日期类创建了一个日期的对象，就叫对象的实例化。

④根据上述物体姿态调整方法显示当前物体的实际姿态。

根据以上本发明提出的技术方案，进一步给出以下具体实施方式说明：

1.获取检测物体的尺寸，包括检测物体长度、宽度、对位点mark1，mark2在检测物体上的位置信息；

2.将检测物体放置于基准调整平台上，平台示意图如图2所示；

3.图3坐标系的原点就是图2平台A；

4.获取检测物体上对位点mark1，mark2相对于基准调整平台上参考点A的理论位置信息；

5.设置检测物体(PANEL)对位点mark1：设置对位点mark1相对于检测物体的坐标；

6.旋转中心的角度复位：设置旋转中心旋转角度设置为0；

7.调整检测物体：把检测物体上对位点mark1，mark2相对于平台参考点A的理论位置设置到检测物体上，如图3；

8.移动相机定位到检测物体(PANEL)点mark1位置，拍照，获得检测物体上点mark1的实际位置；

9.移动相机定位到检测物体(PANEL)点mark2位置，拍照，获得检测物体上点mark2的实际位置；

10.调整检测物体：把检测物体上对位点mark1，mark2相对于平台参考点A的实际位置设置到检测物体上，如图5

11.物体姿态调整完成；

12.获取物体上任一检测点相对于坐标系原点的位置信息，定位检测相机进行检测。

13.如果需要检测物体旋转，设置相应旋转中心角度，如图7所示；

14.获取物体上任一检测点相对于坐标系原点的位置信息，定位检测相机进行检测；

15.检测完成；

16.重复上述步骤，直到自动化检测设备停止运行。

根据本发明的上述基于机器视觉的基准定位、物体姿态调整及图形显示方法，能够缩短定位补偿的时间，只拍2个物体上的点就能调整检测物体的实际姿态，相比拍3次，提升33％定位时间。

检测物体旋转后无需再次进行定位拍照，大幅缩短定位时间。

提供友好的人机交互显示，方便使用者实时观察当前检测物体的实际姿态。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的基准定位方法，包括以下步骤：

1)移动视觉相机，使基准调整平台上的第一参考点处于所述视觉相机的拍摄范围内，记录当前能够促使所述视觉相机拍摄到所述第一参考点的位置，移动所述视觉相机，使所述基准调整平台上的第二参考点处于所述视觉相机的拍摄范围内，记录当前能够促使所述视觉相机拍摄到所述第二参考点的位置；

2)基于两个所述视觉相机的位置计算两个参考点相对于视觉相机的角度，根据所述角度调平所述基准调整平台；

3)定位并记录所述视觉相机能够同时拍摄到所述第一参考点和第二参考点的位置；

4)以拍摄到的所述第一参考点为基准原点，建立坐标系。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的基准定位方法，其特征在于，在所述2)步骤中，根据所述第1)步骤中的两个记录位置和计算机图像处理后返回的差值，计算所述基准调整平台上的两个参考点相对于所述视觉相机调平所需要旋转的角度，然后将所述基准调整平台调整至此角度。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的基准定位方法，其特征在于，在所述3)步骤中，调整所述视觉相机，使得所述基准调整平台上的所述第一参考点位于所述视觉相机的视野中心，横向/或者纵向移动所述视觉相机，使得所述基准调整平台上的第二参考点也位于所述视觉相机的视野中心，记录此时还能够促使所述视觉相机拍摄到所述第一参考点的位置，以所述第一参考点为基准原点，建立坐标系。

4.一种基于权利要求1至3中任一项所述的基准定位方法的物体姿态调整方法，包括以下步骤：

a.根据物体在所述基准调整平台上的理论放置位置，计算理论放置的物体上的两个点相对于所述坐标系的所述基准原点的两个理论坐标P₁和P₂；

b.根据物体在所述基准调整平台上的实际放置位置，计算出实际放置的物体上与所述理论放置的物体上的两个点分别对应的两个点相对于所述坐标系的所述基准原点的两个实际坐标P′₁和P′₂；

c.根据所述两个理论坐标P₁和P₂以及所述两个实际坐标P′₁和P′₂计算物体实际所需调整的角度和移动距离。

5.根据权利要求4所述的物体姿态调整方法，其特征在于，在所述c步骤中，根据两个理论坐标P₁和P₂，确定一条直线L₁；根据两个实际坐标P′₁和P′₂，确定一条直线L₂；然后根据两个理论坐标P₁和P₂以及两个实际坐标P′₁和P′₂计算出直线L₁和L₂的夹角θ。

6.根据权利要求5所述的物体姿态调整方法，其特征在于，计算所述夹角θ包括以下步骤：

(1)将直线L₁分解到坐标系的X，Y方向，得到V_1(x)＝P_2(x)-P_1(x)，V_1(y)＝P_2(y)-P_1(y)；

(2)将直线L₂分解到坐标系的X，Y方向，得到V_2(x)＝P′_2(x)-P′_1(x)，V_2(y)＝P′_2(y)-P′_1(y)；

(3)计算L₁和X轴的夹角，

(4)计算L₂和X轴的夹角，

(5)如果V_1(x)＜0，则，θ₁＝π-θ₁；

(6)如果V_2(x)＜0，则，θ₂＝π-θ₂；

(7)计算两条线的夹角，θ＝θ₂-θ₁，进一步得：

θ＝θ，-π≤θ≤π；

θ＝θ+2π，θ＜-π；

θ＝θ-2π，θ＞π。

7.根据权利要求5所述的物体姿态调整方法，其特征在于，在所述c步骤中，计算物体上的其中一个点从所述P₁移动到所述P′₁所需移动的距离dx＝P′_1(x)-P_1(x)和dy＝P′_1(y)-P_1(y)；

根据距离dx和dy，将所述实际放置的物体移动至新的位置；

以物体上的所述其中一个点为旋转中心，旋转所述θ角度，完成姿态调整。

8.一种物体实际姿态的图形显示方法，包括以下步骤：

①将坐标系、物体以及旋转中心分别继承自QGraphicsItem进行重写，得到以下三个类：

坐标系：CGraphicsCoordinateItem；

物体：CGraphicsPanelItem；

旋转中心：CGraphicsPointItem；

②将旋转中心设置在坐标系上，物体设置在旋转中心上；

③将坐标系、物体、旋转中心、QGraphicsScene和QGraphicsView进行实例化后得到物体实际姿态的图形显示；

④根据权利要求5至7中任一项所述的调整方法显示当前物体的实际姿态。

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