機(jī)器視覺軟件應(yīng)用管理論文

1、機(jī)器視覺軟件應(yīng)用管理論文 摘要：介紹機(jī)器視覺軟件Sherlock如何對將相機(jī)像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成實(shí)際測量或檢測所需要的坐標(biāo)系，以及利用標(biāo)定來修正相機(jī)CCD平面與物體測量平面不平行引起的畸變。 關(guān)鍵詞：標(biāo)定（calibrate）校正放射性失真畸變虛擬相機(jī) 在應(yīng)用機(jī)器視覺進(jìn)行檢測或測量時，要得到精確的測量值，需要相機(jī)CCD平面和實(shí)際檢測或測量零件的表面相平行。否則，將發(fā)生透視性失真，從而很難保證精度。相機(jī)CCD與零件表面的平行通常通過人工調(diào)整夾具來保證。但是，調(diào)整夾具不可能完全保證平行，而且需要耗費(fèi)很長的時間。 相機(jī)所拍攝圖像的坐標(biāo)系并不是用戶實(shí)際需要的坐標(biāo)系，因此需要將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成用戶需要的坐標(biāo)系。

2、 機(jī)器視覺軟件Sherlock利用標(biāo)定很容易修正仿射性失真引起的畸變，并可方便的進(jìn)行坐標(biāo)變換。 1相機(jī)標(biāo)定工作原理 相機(jī)標(biāo)定就是將相機(jī)像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成用戶實(shí)際測量或檢測所需要的坐標(biāo)系，使虛擬攝像機(jī)以真實(shí)單位進(jìn)行精密測量。 Sherlock的相機(jī)標(biāo)定利用了透視算法進(jìn)行標(biāo)定。每一次失真的類型都不一定相同，透視校正算法將對仿射變換和線性透視畸變進(jìn)行補(bǔ)償，特別是當(dāng)攝像機(jī)平面和物體平面不平行的時候，圖像中物體的直線仍然是直的，但是平行線不再平行（如圖1，透視失真），標(biāo)定將補(bǔ)償仿射變換和少量的非線性畸變。 Sherlock的相機(jī)標(biāo)定方法是在一個虛擬相機(jī)中利用四點(diǎn)坐標(biāo)系函數(shù)來建立四點(diǎn)的位置。這樣，根據(jù)相機(jī)中

3、的四個點(diǎn)的位置同實(shí)際坐標(biāo)的關(guān)系，Sherlock可以通過內(nèi)部數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換進(jìn)行坐標(biāo)變換，來校正仿射性失真或由于比例、偏移和旋轉(zhuǎn)（傾斜）引起的變化。 當(dāng)攝像機(jī)傳感器平面和物體平面之間存在一個角度時，透視畸變就會發(fā)生。此時棋盤上的正方形看起來像梯形。透視畸變的數(shù)學(xué)公式如下： u=(ax+by+c)/(hx+hy+I), =(dx+ey+?)/(gx+hy+i) （x,y）是攝像機(jī)或物體平面上的坐標(biāo)，（u,v）是另一個平面上的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。A,b,c,d,e,f,g,h和I是透視畸變算法從內(nèi)部取出用于轉(zhuǎn)換每個要求點(diǎn)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。 2相機(jī)標(biāo)定的步驟 圖2是標(biāo)定主頁圖。相機(jī)標(biāo)定的一般步驟如下： （1）建立一個子程序

4、（Insert|Subroutine）。 （2）在策略窗口樹的頂部雙擊子程序圖標(biāo)，Sherlock顯示子程序編輯對話框。 （3）編輯子程序，選取“ExecuteDuringCalibration”點(diǎn)擊OK按鈕保存并且退出。 （4）創(chuàng)建一個虛擬相機(jī)（Insert|Subroutine）。 （5）通過使用菜單命令（Stakeout|Options）顯示默認(rèn)的相機(jī)坐標(biāo)柵格，在坐標(biāo)柵格下方選擇“Lines”，然后點(diǎn)擊OK按鈕退出對話框。 圖2 （6）將一個已知尺寸的零件作為標(biāo)定塊放置在相機(jī)的視野范圍內(nèi)。 （7）在虛擬相機(jī)窗口，選擇零件上的四個特征點(diǎn)作為標(biāo)定點(diǎn)。 （8）在子程序中插入公式（fromula

5、r）。編輯公式，將四個特征點(diǎn)的坐標(biāo)作為公式的輸入值，選擇標(biāo)定（calibrate）函數(shù)。 （9）編輯標(biāo)定（calibrate）函數(shù)的參數(shù)，輸入四個標(biāo)定點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值。 （10）再次選擇菜單命令（Investigate|Calibrate），將出現(xiàn)新的坐標(biāo)柵格。可以在Stakeout|Options中改變柵格大小。 （11）對其他零件進(jìn)行測量，測量的結(jié)果將是實(shí)際測量值。 3單個相機(jī)多個標(biāo)定 Sherlock的標(biāo)定在同一個測量平面內(nèi)是有效的。如果用一臺相機(jī)對多個平面的尺寸進(jìn)行測量，那么就需要進(jìn)行多個標(biāo)定。如圖3所示，用一臺相機(jī)測量5和10尺寸，如果相機(jī)從上面拍攝，由于兩個平面距離相機(jī)的遠(yuǎn)近不同，所

6、以兩個平面在所拍攝的圖像中對應(yīng)的比例也不同，如果對10的平面進(jìn)行標(biāo)定，則5的平面上測量的結(jié)果就不準(zhǔn)確，同樣，對5的平面進(jìn)行標(biāo)定，則10的平面上測量的結(jié)果就不準(zhǔn)確。Sherlock可以對同一相機(jī)產(chǎn)生兩個多個虛擬相機(jī)（stakeout），在該圖中可以利用兩個虛擬相機(jī)（stakeout），分別對5的平面和10的平面進(jìn)行標(biāo)定，這樣就能得到精確的結(jié)果。 4虛擬相機(jī)的一個標(biāo)定 在機(jī)器視覺中，有時候多個虛擬相機(jī)（stakeout）可能只對一個平面進(jìn)行測量或檢測，或者多個相機(jī)所測量或檢測的物體與相機(jī)的CCD平面距離相等，此時如果對每一個虛擬相機(jī)都進(jìn)行標(biāo)定將很耗時，這種情況下，Sherlock可以只對一個虛擬相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，以使