CN117197258B - 一种基于分离平台的映射标定方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分离平台的映射标定方法和系统，属于机器视觉技术领域。其中，该发明包括：在设备基坐标系中，根据抓取机构的初始位置和预设的位置变量和角度变量得到机械平移坐标，获取机械平移坐标对应的实际图像坐标。通过方程求解得到机械平移坐标和实际图像坐标之间的初始映射矩阵。根据初始位置坐标和角度变量得到机械旋转坐标，获取机械旋转坐标对应的实际图像坐标。计算得到实际旋转中心坐标，和抓取机构的初始位置坐标和实际圆心位置的偏移距离，根据偏移距离对初始映射矩阵进行一次修正，再对一次修正映射矩阵进行旋转修正，得到精标定矩阵。消除了抓取机构和抓取机构旋转轴的偏移距离带来的误差，实现了更加精准的标定。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种基于分离平台的映射标定方法和系统。
背景技术
随着机器视觉技术的发展，机器视觉技术被广泛应用于工业生产、科研实验、缺陷检测等领域中，在例如抓取机构准确抓取履带上的结构件这样的使用场景中，对相机标定的精准都有着极高的要求。
在不同行业应用中，出于工艺要求、机械结构设计等因素考虑，运动机构设计为分离式平台，分离平台因结构特殊，相机标定过程中容易忽略旋转轴和分离轴的映射误差，导致标定的精度不高；或者需要手动标定，标定周期较长，标定操作人员的操作规范程度对标定结果有直接影响，且精度结果不稳定。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于分离平台的映射标定方法和系统。第一方面，本发明的方法可以通过以下步骤实现：
S1：以抓取机构的分离平台为X轴，与所述X轴垂直且经过被测物体的轴为Y轴，所述抓取机构的旋转轴为R轴，构成设备基坐标系。在设备基坐标系中，获取抓取机构的初始位置坐标，根据所述初始位置坐标和预设的位置变量和预设的角度变量得到机械平移坐标，获取所述机械平移坐标对应的实际图像坐标；
S2：预设所述机械平移坐标和所述实际图像坐标之间的初始映射矩阵，将所述机械平移坐标和所述实际图像坐标输入所述初始映射矩阵，通过方程求解得到所述初始映射矩阵；
S3：根据所述初始位置坐标和预设的角度变量得到机械旋转坐标，获取所述机械旋转坐标对应的实际图像坐标；
S4：计算得到实际旋转中心坐标，计算所述抓取机构的初始位置坐标和所述实际圆心位置的偏移距离，根据所述偏移距离对所述初始映射矩阵进行一次修正，得到一次修正映射矩阵；
S5：对所述一次修正映射矩阵进行旋转修正，得到精标定矩阵。
具体地，S1的具体操作步骤为：
S101：获取所述抓取机构的初始位置坐标为A1(XD1,YD1,RD1)，所述初始位置坐标对应的实际图像坐标为a1(XP1,YP1)；
S102：所述抓取机构从所述初始位置坐标沿X轴方向移动d距离，其中d为所述位置变量，得到所述机械平移坐标为A2(XD1+d,YD1,RD1)，对应的实际图像坐标为a2(XP2,YP2)；
S103：所述抓取机构从所述初始位置坐标沿Y轴方向移动d距离，其中d为所述位置变量，得到所述机械平移坐标为A3(XD1,YD1+d,RD1)，对应的实际图像坐标为a3(XP3,YP3)，其中，XP3＝YP2-YP1+XP1，YP3＝Xp1-Xp2+YP2。
具体地，S2中的通过方程求解得到所述初始映射矩阵具体方法为：
设所述初始映射矩阵为将所述S101中的初始位置坐标和实际图像坐标以及所述S102和所述S103中的机械平移坐标和实际图像坐标代入公式：An＝H*an，n＝1,2,3得到方程组，使用克拉默法则对所述方程组的行列式进行求解得到所述初始映射矩阵。
具体地，S3的具体操作步骤为：
S401：获取所述抓取机构的初始位置坐标为A1(XD1,YD1,RD1)，所述初始位置坐标对应的实际图像坐标为a1(XP1,YP1)；
S402：所述抓取机构从所述初始位置坐标绕R轴旋转dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A4(XD1,YD1,RD1+dr)，对应的实际图像坐标为a4(XP4,YP4)；
S403：所述抓取机构从所述初始位置坐标绕所述旋转轴旋转-dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A5(XD1,YD1,RD1-dr)，对应的实际图像坐标为a5(XP5,YP5)。
具体地，S4中的计算得到实际旋转中心坐标具体方法为：
设所述实际圆心位置的坐标为(X0,Y0)，圆的半径为r，根据所述S401、所述S402和所述S403中的实际图像坐标和所述S2中的初始映射矩阵得到3个映射机械坐标，分别为(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)，根据所述映射机械坐标得到方程组：
使用克拉默法则对所述方程组求解，得到所述实际圆心位置的坐标为：
其中，a＝X1-X2、b＝Y1-Y2、c＝X1-X2、d＝Y1-Y3、
进一步地，所述S4中根据根据所述偏移距离对所述初始映射矩阵进行一次修正的具体方法为：
根据所述偏移距离对所述S101中的初始位置坐标进行修正，修正后的初始位置坐标为A6(XD1+S,YD1+S,RD1)，其中，S为所述偏移距离，对应的实际图像坐标为a6(XP6,YP6)；
根据所述偏移距离对所述S102和所述S103中的机械平移坐标进行修正，修正后的机械平移坐标为A7(XD1+d+S,YD1+S,RD1)和A8(XD1+S,YD1+d+S,RD1)，对应的实际图像坐标为a7(XP7,YP7)和a8(XP8,YP8)；
预设所述一次修正映射矩阵为H′，将所述修正后的机械平移坐标A7和A8以及所述修正后的初始位置坐标A6输入所述一次修正映射矩阵，通过方程求解得到所述一次修正映射矩阵。
更进一步地，S5中的对所述一次修正映射矩阵进行旋转修正，得到精标定矩阵的具体方法为：
将所述实际图像坐标a6输入所述一次修正映射矩阵，得到修正后的初始位置坐标为A9(XD9,YD9,RD9)；
所述抓取机构从所述修正后的初始位置坐标绕R轴旋转dr角度，其中dr为所述角度变量，得到机械旋转坐标为A10(XD9,YD9,RD9+dr)，对应的实际图像坐标为a10(XP10,YP10)；
所述抓取机构从修正后的所述初始位置坐标绕所述旋转轴旋转-dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A11(XD9,YD9,RD9-dr)，对应的实际图像坐标为a11(XP11YP11)；
预设所述精标定矩阵为H″，将所述机械旋转坐标A10和A11以及所述修正后的初始位置坐标A9输入所述精标定矩阵，通过方程求解得到所述精标定矩阵。
第二方面，本发明提供的系统包括：相机、分离平台、抓取机构和计算模块，其中：
所述相机固定于所述抓取机构和分离平台上方，用于拍摄所述抓取机构；
所述分离平台固定于所述相机下方，所述抓取机构可以在所述分离平台上移动；
所述计算模块与所述相机相连，用于获取坐标和计算矩阵。
本发明的有益效果为：
通过对初始映射矩阵进行一次修正和旋转修正，且旋转修正可以不限次数重复执行，消除了抓取机构和抓取机构旋转轴的偏移距离带来的误差，实现了更加精准的标定。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的基于分离平台的映射标定方法的流程示意图；
图2为本发明的基于分离平台的映射标定系统的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
请参阅图1，基于分离平台的映射标定方法的流程示意图，包含如下步骤：
S1：以抓取机构的分离平台为X轴，与所述X轴垂直且经过被测物体的轴为Y轴，所述抓取机构的旋转轴为R轴，构成设备基坐标系。在设备基坐标系中，获取抓取机构的初始位置坐标，根据所述初始位置坐标和预设的位置变量和预设的角度变量得到机械平移坐标，获取所述机械平移坐标对应的实际图像坐标；
S2：预设所述机械平移坐标和所述实际图像坐标之间的初始映射矩阵，将所述机械平移坐标和所述实际图像坐标输入所述初始映射矩阵，通过方程求解得到所述初始映射矩阵；
S3：根据所述初始位置坐标和预设的角度变量得到机械旋转坐标，获取所述机械旋转坐标对应的实际图像坐标；
S4：计算得到实际旋转中心坐标，计算所述抓取机构的初始位置坐标和所述实际圆心位置的偏移距离，根据所述偏移距离对所述初始映射矩阵进行一次修正，得到一次修正映射矩阵；
S5：对所述一次修正映射矩阵进行旋转修正，得到精标定矩阵。
在本实施例中，使用如以上步骤的方法，抓取机构需要抓取的产品为液晶显示屏，产品尺寸为350×220，抓取过程包括：传送带来料以后，相机拍照给出坐标，抓取机构抓取后放到Y轴上。可以实现对产品的精准抓取和摆放。
如图2所示，本实施例用到的系统包括：相机、分离平台、抓取机构和计算模块，其中：
所述相机固定于所述抓取机构和分离平台上方，用于拍摄所述抓取机构；
所述分离平台固定于所述相机下方，所述抓取机构可以在所述分离平台上移动；
所述计算模块与所述相机相连，用于获取坐标和计算矩阵。
设置的位置变量为5mm，旋转变量为3，旋转次数为3次，步骤间停顿时长1000ms。相机固定安装，产品来料时，当感应器感应到传送带有料时，触发相机拍照，给出坐标，然后抓取机构抓取产品，放置在Y轴的平台上面。
具体地，S2中的通过方程求解得到所述初始映射矩阵具体方法为：
设所述初始映射矩阵为将所述S101中的初始位置坐标和实际图像坐标以及所述S102和所述S103中的机械平移坐标和实际图像坐标代入公式：An＝H*an，n＝1,2,3得到方程组，使用克拉默法则对所述方程组的行列式进行求解得到所述初始映射矩阵。
具体地，S3的具体操作步骤为：
S401：获取所述抓取机构的初始位置坐标为A1(XD1,YD1,RD1)，所述初始位置坐标对应的实际图像坐标为a1(XP1,YP1)；
S402：所述抓取机构从所述初始位置坐标绕R轴旋转dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A4(XD1,YD1,RD1+dr)，对应的实际图像坐标为a4(XP4,YP4)；
S403：所述抓取机构从所述初始位置坐标绕所述旋转轴旋转-dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A5(XD1,YD1,RD1-dr)，对应的实际图像坐标为a5(XP5,YP5)。
具体地，S4中的计算得到实际旋转中心坐标具体方法为：
设所述实际圆心位置的坐标为(X0,Y0)，圆的半径为r，根据所述S401、所述S402和所述S403中的实际图像坐标和所述S2中的初始映射矩阵得到3个映射机械坐标，分别为(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)，根据所述映射机械坐标得到方程组：
记行列式使用克拉默法则对行列式求解，得到所述实际圆心位置的坐标为：
其中，a＝X1-X2、b＝Y1-Y2、c＝X1-X2、d＝Y1-Y3、
进一步地，所述S4中根据根据所述偏移距离对所述初始映射矩阵进行一次修正的具体方法为：
根据所述偏移距离对所述S101中的初始位置坐标进行修正，修正后的初始位置坐标为A6(XD1+S,YD1+S,RD1)，其中，S为所述偏移距离，对应的实际图像坐标为a6(XP6,YP6)；
根据所述偏移距离对所述S102和所述S103中的机械平移坐标进行修正，修正后的机械平移坐标为A7(XD1+d+S,YD1+S,RD1)和A8(XD1+S,YD1+d+S,RD1)，对应的实际图像坐标为a7(XP7,YP7)和a8(XP8,YP8)；
预设所述一次修正映射矩阵为H′，将所述修正后的机械平移坐标A7和A8以及所述修正后的初始位置坐标A6输入所述一次修正映射矩阵，通过方程求解得到所述一次修正映射矩阵。
更进一步地，S5中的对所述一次修正映射矩阵进行旋转修正，得到精标定矩阵的具体方法为：
将所述实际图像坐标a6输入所述一次修正映射矩阵，得到修正后的初始位置坐标为A9(XD9,YD9,RD9)；
所述抓取机构从所述修正后的初始位置坐标绕R轴旋转dr角度，其中dr为所述角度变量，得到机械旋转坐标为A10(XD9,YD9,RD9+dr)，对应的实际图像坐标为a10(XP10,YP10)；
所述抓取机构从修正后的所述初始位置坐标绕所述旋转轴旋转-dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A11(XD9,YD9,RD9-dr)，对应的实际图像坐标为a11(XP11,YP11)；
预设所述精标定矩阵为H″，将所述机械旋转坐标A10和A11以及所述修正后的初始位置坐标A9输入所述精标定矩阵，通过方程求解得到所述精标定矩阵。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种基于分离平台的映射标定方法，其特征在于，包括：
S1：在设备基坐标系中，获取抓取机构的初始位置坐标，根据所述初始位置坐标和预设的位置变量和预设的角度变量得到机械平移坐标，获取所述机械平移坐标对应的实际图像坐标；
S2：预设所述机械平移坐标和所述实际图像坐标之间的初始映射矩阵，将所述机械平移坐标和所述实际图像坐标输入所述初始映射矩阵，通过方程求解得到所述初始映射矩阵；
S3：根据所述初始位置坐标和预设的角度变量得到机械旋转坐标，获取所述机械旋转坐标对应的实际图像坐标；
S4：计算得到实际旋转中心坐标，计算所述抓取机构的初始位置坐标和实际圆心位置的偏移距离，根据所述偏移距离对所述初始映射矩阵进行一次修正，得到一次修正映射矩阵；
S5：对所述一次修正映射矩阵进行旋转修正，得到精标定矩阵；
所述S1的具体操作步骤为：
S101：获取所述抓取机构的初始位置坐标为A1(XD1,YD1,RD1)，所述初始位置坐标对应的实际图像坐标为a1(XP1,YP1)；
S102：所述抓取机构从所述初始位置坐标沿X轴方向移动d距离，其中d为所述位置变量，得到所述机械平移坐标为A2(XD1+d,YD1,RD1)，对应的实际图像坐标为a2(XP2,YP2)；
S103：所述抓取机构从所述初始位置坐标沿Y轴方向移动d距离，其中d为所述位置变量，得到所述机械平移坐标为A3(XD1,YD1+d,RD1)，对应的实际图像坐标为a3(XP3,YP3)，其中，XP3＝YP2-YP1+XP1，YP3＝Xp1-Xp2+YP2；
所述S4中根据根据所述偏移距离对所述初始映射矩阵进行一次修正的具体方法为：
根据所述偏移距离对所述S101中的初始位置坐标进行修正，修正后的初始位置坐标为A6(XD1+S,YD1+S,RD1)，其中，S为所述偏移距离，对应的实际图像坐标为a6(XP6,YP6)；
根据所述偏移距离对所述S102和所述S103中的机械平移坐标进行修正，修正后的机械平移坐标为A7(XD1+d+S,YD1+S,RD1)和A8(XD1+S,YD1+d+S,RD1)，对应的实际图像坐标为a7(XP7,YP7)和a8(XP8,YP8)；
预设所述一次修正映射矩阵为H′，将所述修正后的机械平移坐标A7和A8以及所述修正后的初始位置坐标A6输入所述一次修正映射矩阵，通过方程求解得到所述一次修正映射矩阵；
S5中的对所述一次修正映射矩阵进行旋转修正，得到精标定矩阵的具体方法为：
将所述实际图像坐标a6输入所述一次修正映射矩阵，得到修正后的初始位置坐标为A9(XD9,YD9,RD9)；
所述抓取机构从所述修正后的初始位置坐标绕R轴旋转dr角度，其中dr为所述角度变量，得到机械旋转坐标为A10(XD9,YD9,RD9+dr)，对应的实际图像坐标为a10(XP10,YP10)；
所述抓取机构从修正后的所述初始位置坐标绕旋转轴旋转-dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A11(XD9,YD9,RD9-dr)，对应的实际图像坐标为a11(XP11YP11)；
预设所述精标定矩阵为H″，将所述机械旋转坐标A10和A11以及所述修正后的初始位置坐标A9输入所述精标定矩阵，通过方程求解得到所述精标定矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中的通过方程求解得到所述初始映射矩阵具体方法为：
设所述初始映射矩阵为将所述S101中的初始位置坐标和实际图像坐标以及所述S102和所述S103中的机械平移坐标和实际图像坐标代入公式：An＝H*an，n＝1,2,3得到方程组，使用克拉默法则对所述方程组的行列式进行求解得到所述初始映射矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3的具体操作步骤为：
S401：获取所述抓取机构的初始位置坐标为A1(XD1,YD1,RD1)，所述初始位置坐标对应的实际图像坐标为a1(XP1,YP1)；
S402：所述抓取机构从所述初始位置坐标绕R轴旋转dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A4(XD1,YD1,RD1+dr)，对应的实际图像坐标为a4(XP4,YP4)；
S403：所述抓取机构从所述初始位置坐标绕所述旋转轴旋转-dr角度，其中dr为所述角度变量，得到所述机械旋转坐标为A5(XD1,YD1,RD1-dr)，对应的实际图像坐标为a5(XP5,YP5)。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述S4中的计算得到实际旋转中心坐标具体方法为：
设所述实际圆心位置的坐标为(X0,Y0)，圆的半径为r，根据所述S401、所述S402和所述S403中的实际图像坐标和所述S2中的初始映射矩阵得到3个映射机械坐标，分别为(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)，根据所述映射机械坐标得到方程组：
使用克拉默法则对所述方程组求解，得到所述实际圆心位置的坐标为：
其中，a＝X1-X2、b＝Y1-Y2、c＝X1-X2、d＝Y1-Y3、
5.一种基于分离平台的映射标定系统，应用于权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，包括：相机、分离平台、抓取机构和计算模块，其中：
所述相机固定于所述抓取机构和分离平台上方，用于拍摄所述抓取机构；
所述分离平台固定于所述相机下方，所述抓取机构可以在所述分离平台上移动；
所述计算模块与所述相机相连，用于获取坐标和计算矩阵。
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| CN117197258A (zh) | 2023-12-08 |
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