CN110926454A - 基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法 - Google Patents

基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110926454A
CN110926454A CN201911278894.XA CN201911278894A CN110926454A CN 110926454 A CN110926454 A CN 110926454A CN 201911278894 A CN201911278894 A CN 201911278894A CN 110926454 A CN110926454 A CN 110926454A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motion
camera
axis
attitude
cameras
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911278894.XA
Other languages
English (en)
Inventor
徐德
曲吉旺
张大朋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Original Assignee
Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Automation of Chinese Academy of Science filed Critical Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Priority to CN201911278894.XA priority Critical patent/CN110926454A/zh
Publication of CN110926454A publication Critical patent/CN110926454A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

Abstract

本发明属于显微视觉测量和控制领域，具体涉及一种基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法、系统、装置，旨在解决基于显微视觉的微球孔姿态测量方法测量精度无法满足需求的问题。本系统方法包括调整第一、第二显微相机的位置，使微孔的中心点在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致；计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差；通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量；根据修正后的运动量，计算微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角及在微球调整平台的坐标系中的旋转角度；基于旋转角度，获取微孔的姿态单位向量。本发明提高了基于显微视觉的微球孔姿态测量方法的测量精度。

Description

基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法
技术领域
本发明属于显微视觉测量和控制领域，具体涉及一种基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法、系统、装置。
背景技术
在一些带孔球形零件的微装配中，对微零件三维姿态的精确测量是完成装配任务的关键。测量微零件姿态的方法多是基于显微视觉的方法，一般包括单目测量和双目测量。单目测量微球孔姿态时，将相机安装在微球正上方，通过对微球与微孔的精确定位，计算出微球心与微孔心的空间相对位置关系，并由此计算出微球孔姿态(可参考文献：李迎,张大朋,刘希龙,徐德.基于单目显微视觉的微球姿态测量方法.自动化学报，第45卷第7期，第1281-1289页，2019)。双目测量微球孔姿态时，通过显微相机主动运动测量出微球球心到微孔的向量所在平面的法向量，利用两台显微相机测量出的两个平面的法向量叉乘，获得微球球心到微孔的姿态向量(可参考文献：Li F,Xu D,Zhang Z,Shi Y,Shen F.Posemeasuring and aligning of a micro glass tube and a hole on the microsphere.International Journal of Precision Engineering and Manufacturing,15(12):2483-2491,2014)。但测量结果皆不够精确，在一些场合下，如惯性约束核聚变的微靶制靶过程中，其测量方法无法满足测量精度要求。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有基于显微视觉的微球孔姿态测量方法测量精度无法满足需求的问题，本发明第一方面，提出了一种基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，应用于基于双显微相机的微球孔姿态测量装置，该装置包括第一相机运动机构、第二相机运动机构、分别固设于所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的第一显微相机和第二显微相机、第一支架、第二支架、隔振平台、微球调整平台、微球，所述微球上的微孔垂直向上，其特征在于，该方法包括：
步骤S100，调整所述第一显微相机、所述第二显微相机的位置，使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致；
步骤S200，分别获取两台显微相机在调整过程中聚焦运动轴的运动量，并结合两台显微相机预标定的光轴方向向量与聚焦运动轴方向向量，计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差；所述聚焦运动轴为显微相机与所述隔振平台的平面成一定角度的坐标轴；
步骤S300，分别获取所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的真实运动量，并结合所述运动误差，通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量；
步骤S400，根据所述修正后的运动量，分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角，并基于预设的转换矩阵，获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度；所述转换矩阵为基于所述微球调整平台的坐标系与两个相机运动机构的坐标系之间的旋转角度转换矩阵；
步骤S500，基于所述旋转角度，获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量。
在一些优选的实施例中，步骤S100中“使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致”，其方法为：
步骤S101，调整所述两台显微相机至初始倍率，并调整两台显微相机位置，以使所述微球的运动范围分别处于两台显微相机的视野范围内；
步骤S102，调整两台显微相机的位置对微球边缘进行聚焦，以使所述微球10的中心点的图像坐标与两显微相机的光轴中心点的图像坐标一致；
步骤S103，调整两台显微相机在Z轴及各自聚焦运动轴方向与微球的距离，对所述微孔进行聚焦，以使两台显微相机在高倍率下获取的图像中微孔的图像纵坐标与各自的光轴中心点的图像纵坐标相同；
步骤S104，调整所述第一显微相机在X轴的位置、所述第二显微相机在Y轴的位置，对所述微孔的中心点进行对准，以使该中心点在所述两台显微相机中的图像坐标与光轴中心点图像坐标一致。
在一些优选的实施例中，所述X轴、所述Y轴、所述Z轴为平行于所述第一支架、所述第二支架、垂直于所述隔振平台的坐标轴；
所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构分别固设于所述第一支架、所述第二支架；
所述微球调整平台的坐标系、所述第一相机运动机构的坐标系、所述第二相机运动机构的坐标系为与所述X轴、所述Y轴、所述Z轴平行的坐标系。
在一些优选的实施例中，步骤S300中“通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量”，其方法为：
Figure BDA0002316156960000031
其中，[Δxi,Δyi,Δzi]T为第i个相机运动机构修正后的运动量，[Δxmi,Δymi,Δzmi]T为第i个相机运动机构的真实运动量，mi为第i台显微相机聚焦运动轴的运动量，Vmi为第i台显微相机聚焦运动轴单位方向向量，nsi为第i台显微相机光轴单位方向向量，i为下标，T为转置。
在一些优选的实施例中，步骤S400中“分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角”，其方法为：
Figure BDA0002316156960000041
Figure BDA0002316156960000042
Figure BDA0002316156960000043
Figure BDA0002316156960000044
其中，Δx1、Δz1为第一相机运动机构X轴、Z轴修正后的运动量，Δy2、Δz2为第二相机运动机构Y轴、Z轴修正后的运动量，(θx1,θy1)、(θx2,θy2)为微孔的姿态向量分别在第一相机运动机构、第二相机运动机构的坐标系中的分解角，R为微球半径，αc1为第一显微相机光轴单位方向向量与Y轴的夹角，αc2为第二显微相机光轴单位方向向量与X轴的夹角。
在一些优选的实施例中，所述步骤S400中“获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度”，其方法为：
基于所述微孔的姿态向量在第一相机运动机构的坐标系中分解角的Y方向向量、所述微孔的姿态向量在第二相机运动机构的坐标系中分解角的X方向向量，构建预处理的分解角；
基于所述预处理的分解角、所述预设的转换矩阵，获取所述微孔的姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度。
在一些优选的实施例中，步骤S500中“获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量”，其方法为：
Figure BDA0002316156960000051
其中，[rx,ry,rz]T为微孔的姿态单位向量，α、β为微孔的姿态向量在微球调整平台的坐标系中的绕X轴、绕Y轴的旋转角度。
本发明的第二方面，基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量系统，该系统包括调整模块、计算运动误差模块、运动量修正模块、获取旋转角度模块、输出姿态向量模块；
所述调整模块，配置为调整所述第一显微相机、所述第二显微相机的位置，使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致；
所述计算运动误差模块，配置为分别获取两台显微相机在调整过程中聚焦运动轴的运动量，并结合两台显微相机预标定的光轴方向向量与聚焦运动轴方向向量，计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差；所述聚焦运动轴为显微相机与所述隔振平台的平面成一定角度的坐标轴；
所述运动量修正模块，配置为分别获取所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的真实运动量，并结合所述运动误差，通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量；
所述获取旋转角度模块，配置为根据所述修正后的运动量，分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角，并基于预标定的转换矩阵，获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度；所述转换矩阵为基于所述微球调整平台的坐标系与两个相机运动机构的坐标系之间的旋转角度转换矩阵；
所述输出姿态向量模块，配置为基于所述旋转角度，获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量。
本发明的第三方面，提出了一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序应用由处理器加载并执行上述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法。
本发明的第四方面，提出了一种处理装置，包括处理器、存储装置；处理器，适用于执行各条程序；存储装置，适用于存储多条程序；所述程序适用于由处理器加载并执行上述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法。
本发明的有益效果：
本发明提高了基于显微视觉的微球孔姿态测量方法的测量精度。本发明通过两台倾斜正交的显微相机进行垂直方向、水平面横向、纵向及与水平面成一定角度的倾斜方向的平移运动，实现对微球的微孔(微球孔)中心的定位，并计算出微球孔姿态向量在相机运动机构坐标系中的分解角。根据相机运动机构的坐标系与微球调整平台的坐标系间的角度转换矩阵，将相机运动机构的坐标系中的分解角转换为微球调整平台的坐标系的旋转角，从而计算出精确的微球孔姿态向量。
同时，两台显微相机通过对聚焦运动轴方向向量和光轴方向向量的标定，弥补了由显微相机聚焦运动轴运动引起的测量误差，提高了微球孔姿态的测量精度。本发明的方法可广泛用于球孔姿态的测量，对于球管类的高精度装配具有重要的参考价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图所做的对非限制性实施例所做的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明一种实施例的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法的流程示意图；
图2是本发明一种实施例的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量系统的框架示意图；
图3是本发明一种实施例的基于双显微相机的微球孔姿态测量装置的结构示意图；
图4是本发明一种实施例的获取第二相机运动机构的坐标系中的分解角的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的一种基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，如图1所示，应用于基于双显微相机的微球孔姿态测量装置，该装置包括第一相机运动机构、第二相机运动机构、分别固设于所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的第一显微相机和第二显微相机、第一支架、第二支架、隔振平台、微球调整平台、微球，所述微球上的微孔垂直向上，该方法包括以下步骤：
步骤S100，调整所述第一显微相机、所述第二显微相机的位置，使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致；
步骤S200，分别获取两台显微相机在调整过程中聚焦运动轴的运动量，并结合两台显微相机预标定的光轴方向向量与聚焦运动轴方向向量，计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差；所述聚焦运动轴为显微相机与所述隔振平台的平面成一定角度的坐标轴；
步骤S300，分别获取所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的真实运动量，并结合所述运动误差，通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量；
步骤S400，根据所述修正后的运动量，分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角，并基于预标定的转换矩阵，获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度；所述转换矩阵为基于所述微球调整平台的坐标系与两个相机运动机构的坐标系之间的旋转角度转换矩阵；
步骤S500，基于所述旋转角度，获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量。
为了更清晰地对本发明基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量装置进行说明，下面结合附图对本发明系统实施例中各系统展开详述。
在下文的实施例中，先对基于双显微相机的微球孔姿态测量装置，在对应用于该装置的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法进行介绍。
1、基于双显微相机的微球孔姿态测量装置
如图3所示，基于双显微相机的微球孔姿态测量装置包括显微相机1、显微相机2、相机运动机构3、相机运动机构4、支架5、支架6、支架7、隔振平台8、微球调整平台9、微球10、计算机11、视觉连接线13、14，控制连接线12、15、16。
显微相机1与显微相机2分别倾斜安装在4自由度的相机运动机构3、4自由度的相机运动机构4上，相机运动机构3与相机运动机构4分别安装在支架5、支架6上，微球10放置于2自由度的微球调整平台9上，微球上的微孔垂直向上，微球调整平台9安装在支架7上，支架5、支架6、支架7安装在隔振平台8上，显微相机1与显微相机2分别通过视觉连接线14、视觉连接线13连接至计算机11，相机运动机构3、相机运动机构4分别通过控制连接线12、控制连接线15连接至计算机11，微球调整平台9通过控制连接线16连接至计算机11。
上述相机运动机构的4自由度包括X轴、Y轴、Z轴及与隔振平台8平面成一定角度的聚焦运动轴的平行自由度，即分别沿水平面横向、纵向，垂直方向、与水平面成一定角度的倾斜方向进行平移运动。显微相机1与显微相机2分别安装在相机运动机构3与相机运动机构4的聚焦运动轴上，以便使两台显微相机与隔振平台8平面成一定角度。其中，X轴、Y轴、Z轴为平行于支架5、支架6、垂直于隔振平台8的坐标轴。
上述微球调整平台的2自由度为绕X、Y轴的旋转自由度。
支架5与支架6正交布置，以便使显微相机1与显微相机2倾斜正交分布，且两台显微相机皆指向微球调整平台9。
计算机11用于采集显微相机1与显微相机2的图像，控制4自由度相机运动机构3与相机运动机构4，微球调整平台9的运动。
在本实施例中，显微相机1、显微相机2由CCD摄像机和显微镜头构成，CCD摄像机优选采用Baumer摄像机，显微镜头优选采用Navitar 12X自动变倍镜头和金像镜头组合构成，放大倍数为5.54～66.3倍，计算机11优选采用Intel Core i5，隔振平台9优选采用连胜ZDT20-15隔振平台，微孔直径设置为8μm，在其他实施例中，可以根据实际情况进行选取。
2、基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法
步骤S100，调整所述第一显微相机、所述第二显微相机的位置，使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致。
在本实施例中，通过两路倾斜正交的显微相机的主动运动，使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致。具体调整步骤如下：
步骤S101，调整第一、第二显微相机至最小倍率，以便显微相机视野更大。通过第一相机运动机构与第二相机运动机构带动第一显微相机与第二显微相机运动，使得微球进入两台显微相机视野内
其中，第一显微相机、第二显微相机为图3中的显微相机1、显微相机2，第一相机运动机构、第二相机运动机构为图3中的相机运动结构3、相机运动机构4。
步骤S102，两台显微相机在初始倍率下，利用第一相机运动机构、第二相机运动机构的4个平移自由度运动，对微球边缘进行聚焦，使得微球中心点的图像坐标与相机光轴中心点的图像坐标一致。
步骤S103，两台显微相机沿Z轴向上移动，同时沿相机聚焦运动轴调整两台显微相机与微球的距离，对微孔聚焦。使得两台显微相机在最大倍率下获得的图像中微孔的图像纵坐标与光轴中心点的图像纵坐标相同。
步骤S104，利用第一显微相机的X轴与第二显微相机的Y轴调整两台显微相机位置，对微孔中心点进行对准，使微孔中心点在两台显微相机中的图像坐标与其光轴中心点图像坐标一致。
另外，第一支架、第二支架为图3中的支架5、支架6。
步骤S200，分别获取两台显微相机在调整过程中聚焦运动轴的运动量，并结合两台显微相机预标定的光轴方向向量与聚焦运动轴方向向量，计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差；所述聚焦运动轴为显微相机与所述隔振平台的平面成一定角度的坐标轴。
在本实施例中，通过预标定两台显微相机的聚焦运动轴方向向量Vmi和光轴方向向量msi，结合两台显微相机在调整过程中聚焦运动轴的运动量，计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差。
第一显微相机、第二显微相机在本实施例中预标定的聚焦运动轴方向向量Vm1、Vm2及两台显微相机的光轴方向向量ns1、ns2分别为：
Figure BDA0002316156960000111
步骤S300，分别获取所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的真实运动量，并结合所述运动误差，通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量。
在本实施例中，根据第一相机运动机构、第二相机运动机构的真实运动量，结合两台显微相机聚焦运动轴运动引起的误差，对两个相机运动机构的运动量进行修正补偿。计算方法如公式(1)所示：
Figure BDA0002316156960000112
其中，[Δxmi,Δymi,Δzmi]T为第i个相机运动机构修正后的运动量，[Δxmi,Δymi,Δzmi]T为第i个相机运动机构的真实运动量，mi为第i台显微相机聚焦运动轴的运动量，T为转置。
因此，第一相机运动机构、第二相机运动机构修正后的运动量的计算过程，分别如公式(2)(3)所示：
Figure BDA0002316156960000113
Figure BDA0002316156960000121
其中，[Δx1,Δy1Δz1]T为第一相机运动机构修正后的运动量，[Δx2,Δy2Δz2]T为第二相机运动机构修正后的运动量，[Δxm1,Δym1Δzm1]T为第一相机运动机构的真实运动量，[Δxm2,Δym2Δzm2]T为第二相机运动机构的真实运动量，m1、m2为第一、第二显微相机聚焦运动轴的运动量。
步骤S400，根据所述修正后的运动量，分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角，并基于预设的转换矩阵，获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度；所述转换矩阵为基于所述微球调整平台的坐标系与两个相机运动机构的坐标系之间的旋转角度转换矩阵。
在本实施例中，根据第一相机运动机构、第二相机运动机构修正后的运动量，计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角，其计算过程如公式(4)(5)(6)(7)所示：
Figure BDA0002316156960000122
Figure BDA0002316156960000123
Figure BDA0002316156960000124
Figure BDA0002316156960000125
其中，(θx1,θy1)、(θx2,θy2)为微孔的姿态向量分别在第一相机运动机构、第二相机运动机构的坐标系中的分解角，R为微球半径，αc1为第一显微相机光轴单位方向向量与Y轴的夹角，αc2为第二显微相机光轴单位方向向量与X轴的夹角。
如图4所示，以获取第二相机运动机构的坐标系中的分解角为例，
Figure BDA0002316156960000131
其中，球心孔心连为微球的球心和微孔的连线，Ob为微球的球心，αc2为第二显微相机的光轴中心线与Xm2轴的夹角，Oh为微孔的中心点，由于Oh位于微球表面，所以微球孔姿态向量ObOh的长度为微球半径R；
第二显微相机在最小倍率下对微球聚焦，使得球心Ob在第二显微相机图像中与光轴中心点的图像坐标重合。此时的清晰成像平面即聚焦平面，记为F1；
沿Zm2轴向上移动第二显微相机，同时沿相机聚焦运动轴调整第二显微相机与微球的距离，对微孔聚焦，并使得第二显微相机在最大倍率下获得的图像中微孔的图像纵坐标与光轴中心点的图像纵坐标相同。此时的聚焦平面，记为F2；
聚焦微球时第二显微相机的光轴中心线与聚焦平面F1的交点为P2；聚焦微孔时第二显微相机的光轴中心线与聚焦平面F2的交点为P1；
P3点为Zm2轴上的点，其Zm2轴坐标与P1点相同；过Oh点做Xm2轴的平行线，与Ym2ObZm2平面相交于P4点；
最后，通过第二显微相机沿Ym2轴的运动，将微孔中心的图像坐标调整到光轴中心点的图像坐标。从微球聚焦到微孔聚焦，第二显微相机沿Zm2轴的运动量为ΔZ2，沿相机聚焦运动轴的运动量为m2。为了对准微孔中心，调整时沿Ym2轴的运动量为ΔY2。由于微孔聚焦时第二显微相机只沿Zm2轴和相机聚焦运动轴运动，所以P1和P2位于Xm2ObZm2平面内。为了对准微孔中心调整时，第二显微相机只沿Ym2轴运动，所以P1Oh平行于Ym2轴。可见，∠P1ObP3是微球孔姿态向量的分解角θy2。点P1、Oh、P4、P3构成矩形，所以∠P4ObP3是微球孔姿态向量的分解角θx2。
然后，利用微球调整平台的坐标系与相机运动机构的坐标系之间的旋转角度转换矩阵，由微孔的姿态向量的分解角得出微球孔姿态在调整平台坐标系中的旋转角度。由于第一显微相机对X方向的变化敏感，第二显微相机对Y方向的变化敏感，故只将θx2和θy1作为预处理的分解角，即有效的测量数据，记为(θx,θy)。根据微孔的姿态向量的分解角，计算微球孔姿态在调整平台坐标系中的旋转角度(α,β)，计算方法如公式(8)所示：
Figure BDA0002316156960000141
其中，α、β为微孔的姿态向量在微球调整平台的坐标系中的绕X轴、绕Y轴的旋转角度，J3为两个相机运动机构的坐标系与微球调整平台的坐标系之间的旋转角度转换矩阵，在本实施例中，
Figure BDA0002316156960000142
步骤S500，基于所述旋转角度，获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量。
在本实施例中，直接根据微孔的姿态向量在所述微球调整平台的坐标系下的旋转角度，获取其微孔的姿态单位向量。如公式(9)所示：
Figure BDA0002316156960000143
其中，[rx,ry,rz]T为微孔的姿态单位向量。
经上述步骤实现了微孔的姿态向量，即微球孔姿态的测量，重复二十八次测量实验，测量误差最大值为0.08度，均值为0.04度
本发明第二实施例的一种基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量系统，如图2所示，该系统包括调整模块100、计算运动误差模块200、运动量修正模块300、获取旋转角度模块400、输出姿态向量模块500；
所述调整模块100，配置为调整所述第一显微相机、所述第二显微相机的位置，使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致；
所述计算运动误差模块200，配置为分别获取两台显微相机在调整过程中聚焦运动轴的运动量，并结合两台显微相机预标定的光轴方向向量与聚焦运动轴方向向量，计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差；所述聚焦运动轴为显微相机与所述隔振平台的平面成一定角度的坐标轴；
所述运动量修正模块300，配置为分别获取所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的真实运动量，并结合所述运动误差，通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量；
所述获取旋转角度模块400，配置为根据所述修正后的运动量，分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角，并基于预标定的转换矩阵，获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度；所述转换矩阵为基于所述微球调整平台的坐标系与两个相机运动机构的坐标系之间的旋转角度转换矩阵；
所述输出姿态向量模块500，配置为基于所述旋转角度，获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量。
所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体的工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本发明第三实施例的一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适用于由处理器加载并实现上述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法。
本发明第四实施例的一种处理装置，包括处理器、存储装置；处理器，适于执行各条程序；存储装置，适于存储多条程序；所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法。
所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到，未描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考签署方法实例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，应用于基于双显微相机的微球孔姿态测量装置，该装置包括第一相机运动机构、第二相机运动机构、分别固设于所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的第一显微相机和第二显微相机、第一支架、第二支架、隔振平台、微球调整平台、微球，所述微球上的微孔垂直向上，其特征在于，该方法包括：
步骤S100，调整所述第一显微相机、所述第二显微相机的位置，使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致；
步骤S200，分别获取两台显微相机在调整过程中聚焦运动轴的运动量，并结合两台显微相机预标定的光轴方向向量与聚焦运动轴方向向量，计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差；所述聚焦运动轴为显微相机与所述隔振平台的平面成一定角度的坐标轴；
步骤S300，分别获取所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的真实运动量，并结合所述运动误差，通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量；
步骤S400，根据所述修正后的运动量，分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角，并基于预标定的转换矩阵，获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度；所述转换矩阵为基于所述微球调整平台的坐标系与两个相机运动机构的坐标系之间的旋转角度转换矩阵；
步骤S500，基于所述旋转角度，获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量。
2.根据权利要求1所述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，其特征在于，步骤S100中“使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致”，其方法为：
步骤S101，调整所述两台显微相机至最小倍率，并调整两台显微相机位置，以使所述微球的运动范围分别处于两台显微相机的视野范围内；
步骤S102，调整两台显微相机的位置对微球边缘进行聚焦，以使所述微球10的中心点的图像坐标与两显微相机的光轴中心点的图像坐标一致；
步骤S103，调整两台显微相机在Z轴及各自聚焦运动轴方向与微球的距离，对所述微孔进行聚焦，以使两台显微相机在最大倍率下获取的图像中微孔的图像纵坐标与各自的光轴中心点的图像纵坐标相同；
步骤S104，调整所述第一显微相机在X轴的位置、所述第二显微相机在Y轴的位置，对所述微孔的中心点进行对准，以使该中心点在所述两台显微相机中的图像坐标与光轴中心点图像坐标一致。
3.根据权利要求2所述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，其特征在于，所述X轴、所述Y轴、所述Z轴为平行于所述第一支架、所述第二支架、垂直于所述隔振平台的坐标轴；
所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构分别固设于所述第一支架、所述第二支架；
所述微球调整平台的坐标系、所述第一相机运动机构的坐标系、所述第二相机运动机构的坐标系为与所述X轴、所述Y轴、所述Z轴平行的坐标系。
4.根据权利要求3所述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，其特征在于，步骤S300中“通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量”，其方法为：
Figure FDA0002316156950000031
其中，[Δxi,Δyi,Δzi]T为第i个相机运动机构修正后的运动量，[Δxmi,Δymi,Δzmi]T为第i个相机运动机构的真实运动量，mi为第i台显微相机聚焦运动轴的运动量，Vmi为第i台显微相机聚焦运动轴单位方向向量，nsi为第i台显微相机光轴单位方向向量，i为下标，T为转置。
5.根据权利要求4所述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，其特征在于，步骤S400中“分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角”，其方法为：
Figure FDA0002316156950000032
Figure FDA0002316156950000033
Figure FDA0002316156950000034
Figure FDA0002316156950000035
其中，Δx1、Δz1为第一相机运动机构X轴、Z轴修正后的运动量，Δy2、Δz2为第二相机运动机构Y轴、Z轴修正后的运动量，(θx1,θy1)、(θx2,θy2)为微孔的姿态向量分别在第一相机运动机构、第二相机运动机构的坐标系中的分解角，R为微球半径，αc1为第一显微相机光轴单位方向向量与Y轴的夹角，αc2为第二显微相机光轴单位方向向量与X轴的夹角。
6.根据权利要求5所述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，其特征在于，所述步骤S400中“获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度”，其方法为：
基于所述微孔的姿态向量在第一相机运动机构的坐标系中分解角的Y方向向量、所述微孔的姿态向量在第二相机运动机构的坐标系中分解角的X方向向量，构建预处理的分解角；
基于所述预处理的分解角、所述预设的转换矩阵，获取所述微孔的姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度。
7.根据权利要求6所述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法，其特征在于，步骤S500中“获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量”，其方法为：
Figure FDA0002316156950000041
其中，[rx,ry,rz]T为微孔的姿态单位向量，α、β为微孔的姿态向量在微球调整平台的坐标系中的绕X轴、绕Y轴的旋转角度。
8.一种基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量系统，其特征在于，该系统包括调整模块、计算运动误差模块、运动量修正模块、获取旋转角度模块、输出姿态向量模块；
所述调整模块，配置为调整所述第一显微相机、所述第二显微相机的位置，使所述微孔的中心点分别在两台显微相机的图像坐标和光轴中心点的图像坐标一致；
所述计算运动误差模块，配置为分别获取两台显微相机在调整过程中聚焦运动轴的运动量，并结合两台显微相机预标定的光轴方向向量与聚焦运动轴方向向量，计算两台显微相机聚焦运动轴的运动误差；所述聚焦运动轴为显微相机与所述隔振平台的平面成一定角度的坐标轴；
所述运动量修正模块，配置为分别获取所述第一相机运动机构、所述第二相机运动机构的真实运动量，并结合所述运动误差，通过预设的运动修正方法得到两个相机运动机构修正后的运动量；
所述获取旋转角度模块，配置为根据所述修正后的运动量，分别计算所述微孔的姿态向量在两个相机运动机构的坐标系中的分解角，并基于预标定的转换矩阵，获取该姿态向量在所述微球调整平台的坐标系中的旋转角度；所述转换矩阵为基于所述微球调整平台的坐标系与两个相机运动机构的坐标系之间的旋转角度转换矩阵；
所述输出姿态向量模块，配置为基于所述旋转角度，获取在所述微球调整平台的坐标系下的微孔的姿态单位向量。
9.一种存储装置，其中存储有多条程序，其特征在于，所述程序应用由处理器加载并执行以实现权利要求1-7任一项所述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法。
10.一种处理装置，包括处理器、存储装置；处理器，适用于执行各条程序；存储装置，适用于存储多条程序；其特征在于，所述程序适用于由处理器加载并执行以实现权利要求1-7任一项所述的基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法。
CN201911278894.XA 2019-12-13 2019-12-13 基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法 Pending CN110926454A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911278894.XA CN110926454A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911278894.XA CN110926454A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110926454A true CN110926454A (zh) 2020-03-27

Family

ID=69859575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911278894.XA Pending CN110926454A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110926454A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111612731A (zh) * 2020-04-01 2020-09-01 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于双目显微视觉的测量方法、装置、系统及介质
CN114782498A (zh) * 2022-06-22 2022-07-22 中国科学院自动化研究所 显微相机位置调节方法、设备、装置和存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03171469A (ja) * 1989-11-29 1991-07-24 Sony Corp 安定板付ヘッドの位置決め装置
CN103158161A (zh) * 2013-03-29 2013-06-19 中国科学院自动化研究所 基于单目显微视觉的微管微球对准和装配装置与方法
CN104959971A (zh) * 2015-07-17 2015-10-07 北京理工大学 一种面向微米级软管与微球组件的装配系统
CN105115419A (zh) * 2015-07-17 2015-12-02 哈尔滨工业大学 一种基于机器视觉的自动跟踪监测系统及采用该系统实现的靶丸、充气管的装配监测方法
CN106408556A (zh) * 2016-05-23 2017-02-15 东南大学 一种基于一般成像模型的微小物体测量系统标定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03171469A (ja) * 1989-11-29 1991-07-24 Sony Corp 安定板付ヘッドの位置決め装置
CN103158161A (zh) * 2013-03-29 2013-06-19 中国科学院自动化研究所 基于单目显微视觉的微管微球对准和装配装置与方法
CN104959971A (zh) * 2015-07-17 2015-10-07 北京理工大学 一种面向微米级软管与微球组件的装配系统
CN105115419A (zh) * 2015-07-17 2015-12-02 哈尔滨工业大学 一种基于机器视觉的自动跟踪监测系统及采用该系统实现的靶丸、充气管的装配监测方法
CN106408556A (zh) * 2016-05-23 2017-02-15 东南大学 一种基于一般成像模型的微小物体测量系统标定方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F LI等: "Motion-based microscopic camera calibration and application on micro tube-hole insertion", 《OPTICAL ENGINEERING》 *
曲吉旺等: "基于两台显微相机主动运动的微球孔姿态高精度测量方法", 《自动化学报》 *
李迎等: "基于单目显微视觉的微球姿态测量方法", 《自动化学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111612731A (zh) * 2020-04-01 2020-09-01 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于双目显微视觉的测量方法、装置、系统及介质
CN111612731B (zh) * 2020-04-01 2021-04-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于双目显微视觉的测量方法、装置、系统及介质
CN114782498A (zh) * 2022-06-22 2022-07-22 中国科学院自动化研究所 显微相机位置调节方法、设备、装置和存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8934721B2 (en) Microscopic vision measurement method based on adaptive positioning of camera coordinate frame
CN110666798B (zh) 一种基于透视变换模型的机器人视觉标定方法
US20170132774A1 (en) Apparatus And Method For Adjusting And / Or Calibrating A Multi-Camera Module As Well As The Use Of Such An Apparatus
CN111880164A (zh) 一种激光雷达校准装置和方法
CN104006825A (zh) 沿至少三个不连续平面对机器视觉摄像机进行校准的系统和方法
CN110926454A (zh) 基于双显微相机主动运动的微球孔姿态测量方法
CN103869595B (zh) 一种离轴三反相机焦面装调的方法
CN110646016B (zh) 基于经纬仪与视觉辅助柔性基线分布式pos标校方法和装置
CN109855822B (zh) 一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法
US10821911B2 (en) Method and system of camera focus for advanced driver assistance system (ADAS)
CN109544643A (zh) 一种摄像机图像校正方法及装置
CN109813509B (zh) 基于无人机实现高铁桥梁竖向动扰度测量的方法
CN111024047B (zh) 基于正交双目视觉的六自由度位姿测量装置及方法
CN115086525B (zh) 摄像头模组组装方法、装置、设备及计算机可读存储介质
CN111770270A (zh) 一种相机姿态的校正方法、摄像机
JP5054746B2 (ja) 風洞内相対距離計測システム及び風洞内相対距離計測方法
CN109813510B (zh) 基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法
CN114770516A (zh) 通过点云获取装置对机器人进行标定的方法以及标定系统
CN110108203A (zh) 一种基于摄影测量技术的丝线位置测量方法及系统
WO2019012004A1 (en) METHOD FOR DETERMINING SPATIAL UNCERTAINTY IN IMAGES OF AN ENVIRONMENTAL REGION OF A MOTOR VEHICLE, DRIVING ASSISTANCE SYSTEM AND MOTOR VEHICLE
US20230069195A1 (en) Camera module manufacturing device
KR100828584B1 (ko) 별추적기를 이용한 자세제어 폐루프 지상시험을 위한 정렬시스템 장치와 이를 이용한 정렬 방법
JP2009264898A (ja) ワーク位置姿勢計測方法および計測装置
US20190094026A1 (en) Enhanced image detection for celestial-aided navigation and star tracker systems
CN209877942U (zh) 像距测量仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200327