一种工业面阵相机自动标定方法及系统

技术领域

本发明涉及工业面阵相机标定技术领域，特别指一种工业面阵相机自动标定方法及系统。

背景技术

随着工业面阵相机的加入，使得工业机器人、伺服设备在汽车制造、新能源等领域替代了人工装配、检测等过程，大大提高了工作效率。工业面阵相机在视觉引导、检测等工作前需要对其进行标定，获得其像素坐标与机器坐标的映射关系。由于工业面阵相机在标定前无法确定设备坐标系与相机坐标系之间的关系，因为标定的目的便是要获得设备坐标系与相机坐标系之间的关系，这也是目前全自动标定无法实现的关键，因此传统上采用人工标定和半自动标定的方法。

人工标定需要设备端与相机视觉端多次进行人工协作，以完成设备坐标系与相机坐标系的映射，工作人员需要进入设备区域确认标定点位状态，需要耗费大量人力，且工作人员在设备内确认点位时存在较大的安全隐患。

半自动标定是通过软件自动读取像素坐标，属于软件应用层面的自动化，但工作人员还是需要进入设备区域进行多次人工对点，虽然相比人工标定实现了半自动化，但还是需要人为干预，且存在安全隐患。

因此，如何提供一种工业面阵相机自动标定方法及系统，实现提升工业面阵相机标定的效率以及安全性，降低工业面阵相机标定的成本，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种工业面阵相机自动标定方法及系统，实现提升工业面阵相机标定的效率以及安全性，降低工业面阵相机标定的成本。

第一方面，本发明提供了一种工业面阵相机自动标定方法，包括如下步骤：

步骤S10、相机驱动设备与视觉上位机建立TCP/I P通讯，设备驱动端控制工业面阵相机移动至预设的标定特征的上方区域，调整至合适取像距离；

步骤S20、工业面阵相机对标定特征进行拍照得到标定照片，通过畸变矫正算法对所述标定照片进行畸变矫正，并将标定特征作为标定Mark点，记录此时拍摄位置的机器坐标；

步骤S30、对工业面阵相机的像素视野进行分块，根据像素视野大小进行等分操作确定等分块的中心点像素坐标，并构造等分Mark点的点集；

步骤S40、依次选择所述点集内的等分Mark点与标定Mark点做差值，自适应控制器基于所述差值输出工业面阵相机移动的控制参数，完成单点螺旋逼近的自适应控制过程，记录该点像素坐标和机器坐标，重复执行直至所述点集内的点位拟合并记录成功；

步骤S50、根据记录的所述像素坐标和机器坐标执行N点标定算法完成自动标定过程。

进一步地，所述步骤S20中，拍摄所述标定照片的过程中，控制光源对工业面阵相机的取像区域进行适当补光。

进一步地，所述步骤S30具体为：

对工业面阵相机的像素视野进行分块，对每块的中心点像素坐标根据像素视野大小进行九等分的等分操作，将等分后的中心坐标作为等分Mark点，基于各所述等分Mark点构造点集。

进一步地，所述步骤S40具体为：

选取其中一个所述等分Mark点，计算所述等分Mark点与标定Mark点的像素坐标的差值g，将所述差值g输入自适应控制器，驱动设备基于所述自适应控制器输出的X轴控制量u

进一步地，所述自适应控制器的输出公式为：

u

u

其中，ω

第二方面，本发明提供了一种工业面阵相机自动标定系统，包括如下模块：

相机控制模块，用于相机驱动设备与视觉上位机建立TCP/IP通讯，设备驱动端控制工业面阵相机移动至预设的标定特征的上方区域，调整至合适取像距离；

畸变矫正模块，用于工业面阵相机对标定特征进行拍照得到标定照片，通过畸变矫正算法对所述标定照片进行畸变矫正，并将标定特征作为标定Mark点，记录此时拍摄位置的机器坐标；

点集构造模块，用于对工业面阵相机的像素视野进行分块，根据像素视野大小进行等分操作确定等分块的中心点像素坐标，并构造等分Mark点的点集；

自适应控制模块，用于依次选择所述点集内的等分Mark点与标定Mark点做差值，自适应控制器基于所述差值输出工业面阵相机移动的控制参数，完成单点螺旋逼近的自适应控制过程，记录该点像素坐标和机器坐标，重复执行直至所述点集内的点位拟合并记录成功；

标定模块，用于根据记录的所述像素坐标和机器坐标执行N点标定算法完成自动标定过程。

进一步地，所述畸变矫正模块中，拍摄所述标定照片的过程中，控制光源对工业面阵相机的取像区域进行适当补光。

进一步地，所述点集构造模块具体用于：

对工业面阵相机的像素视野进行分块，对每块的中心点像素坐标根据像素视野大小进行九等分的等分操作，将等分后的中心坐标作为等分Mark点，基于各所述等分Mark点构造点集。

进一步地，所述自适应控制模块具体用于：

选取其中一个所述等分Mark点，计算所述等分Mark点与标定Mark点的像素坐标的差值g，将所述差值g输入自适应控制器，驱动设备基于所述自适应控制器输出的X轴控制量u

进一步地，所述自适应控制器的输出公式为：

u

u

其中，ω

本发明的优点在于：

通过控制工业面阵相机移动至标定特征的上方区域并进行拍照得到标定照片，将标定照片中标定特征设为标定Mark点，对工业面阵相机的像素视野进行分块，对每块的中心点像素坐标根据像素视野大小进行等分操作后构造包含等分Mark点的点集，依次选择点集内的等分Mark点与标定Mark点做差值，自适应控制器基于差值输出工业面阵相机移动的控制参数，以完成单点螺旋逼近的自适应控制过程，直至差值满足预设条件，记录该点像素坐标和机器坐标，根据记录的像素坐标和机器坐标执行N点标定算法完成自动标定过程，即通过自适应控制器的自适应控制算法进行螺旋逼近实现标定点拟合，以实现机器坐标系与相机坐标系无映射状态下的自动标定，无需人工协作，最终极大的提升了工业面阵相机标定的效率以及人员安全性，极大的降低了工业面阵相机标定的人工成本和时间成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种工业面阵相机自动标定方法的流程图。

图2是本发明一种工业面阵相机自动标定系统的结构示意图。

图3是本发明N点标定的示意图。

图4是本发明自适应控制器的原理示意图。

图5是本发明螺旋逼近标定的示意图。

具体实施方式

本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：通过控制工业面阵相机移动至标定物上方并拍照得到标定照片，将标定照片中标定特征的位置设为标定Mark点，对工业面阵相机的像素视野进行分块以获得等分Mark点，基于标定Mark点依次对各等分Mark点进行螺旋逼近标定以对工业面阵相机进行自动标定，无需人工协作，进而提升工业面阵相机标定的效率以及安全性，降低工业面阵相机标定的成本。

请参照图1至图5所示，本发明一种工业面阵相机自动标定方法的较佳实施例，包括如下步骤：

步骤S10、相机驱动设备与视觉上位机建立TCP/I P通讯，设备驱动端控制工业面阵相机移动至预设的标定特征的上方区域，调整至合适取像距离；所述设备驱动端可以是多轴机器人、PLC或者单片机；

步骤S20、工业面阵相机对标定特征进行拍照得到标定照片，通过畸变矫正算法对所述标定照片进行畸变矫正，并将标定特征作为标定Mark点，记录此时拍摄位置的机器坐标；具体实施时，所述标定MARK点可为拍摄平面内成像稳定且唯一的任意特征；

步骤S30、对工业面阵相机的像素视野进行分块，根据像素视野大小进行等分操作确定等分块的中心点像素坐标，并构造等分Mark点的点集；

步骤S40、依次选择所述点集内的等分Mark点与标定Mark点做差值，自适应控制器基于所述差值输出工业面阵相机移动的控制参数，完成单点螺旋逼近的自适应控制过程，记录该点像素坐标和机器坐标，重复执行直至所述点集内的点位拟合并记录成功；

步骤S50、根据记录的所述像素坐标和机器坐标执行N点标定算法完成自动标定过程。

所述步骤S20中，拍摄所述标定照片的过程中，控制光源对工业面阵相机的取像区域进行适当补光。

所述步骤S30具体为：

对工业面阵相机的像素视野进行分块，对每块的中心点像素坐标根据像素视野大小进行九等分的等分操作，将等分后的中心坐标作为等分Mark点，基于各所述等分Mark点构造点集。

所述步骤S40具体为：

选取其中一个所述等分Mark点，计算所述等分Mark点与标定Mark点的像素坐标的差值g，将所述差值g输入自适应控制器，驱动设备基于所述自适应控制器输出的X轴控制量u

即在未知设备坐标系与相机坐标系无映射关系的前提下，通过自适应控制器来实现标定Mark点螺旋逼近等分Mark点的引导效果。

所述自适应控制器的输出公式为：

u

u

其中，ω

本发明一种工业面阵相机自动标定系统的较佳实施例，包括如下模块：

相机控制模块，用于相机驱动设备与视觉上位机建立TCP/I P通讯，设备驱动端控制工业面阵相机移动至预设的标定特征的上方区域，调整至合适取像距离；所述设备驱动端可以是多轴机器人、PLC或者单片机；

畸变矫正模块，用于工业面阵相机对标定特征进行拍照得到标定照片，通过畸变矫正算法对所述标定照片进行畸变矫正，并将标定特征作为标定Mark点，记录此时拍摄位置的机器坐标；具体实施时，所述标定MARK点可为拍摄平面内成像稳定且唯一的任意特征；

点集构造模块，用于对工业面阵相机的像素视野进行分块，根据像素视野大小进行等分操作确定等分块的中心点像素坐标，并构造等分Mark点的点集；

自适应控制模块，用于依次选择所述点集内的等分Mark点与标定Mark点做差值，自适应控制器基于所述差值输出工业面阵相机移动的控制参数，完成单点螺旋逼近的自适应控制过程，记录该点像素坐标和机器坐标，重复执行直至所述点集内的点位拟合并记录成功；

标定模块，用于根据记录的所述像素坐标和机器坐标执行N点标定算法完成自动标定过程。

所述畸变矫正模块中，拍摄所述标定照片的过程中，控制光源对工业面阵相机的取像区域进行适当补光。

所述点集构造模块具体用于：

对工业面阵相机的像素视野进行分块，对每块的中心点像素坐标根据像素视野大小进行九等分的等分操作，将等分后的中心坐标作为等分Mark点，基于各所述等分Mark点构造点集。

所述自适应控制模块具体用于：

选取其中一个所述等分Mark点，计算所述等分Mark点与标定Mark点的像素坐标的差值g，将所述差值g输入自适应控制器，驱动设备基于所述自适应控制器输出的X轴控制量u

即在未知设备坐标系与相机坐标系无映射关系的前提下，通过自适应控制器来实现标定Mark点螺旋逼近等分Mark点的引导效果。

所述自适应控制器的输出公式为：

u

u

其中，ω

综上所述，本发明的优点在于：

通过控制工业面阵相机移动至标定特征的上方区域并进行拍照得到标定照片，将标定照片中标定特征设为标定Mark点，对工业面阵相机的像素视野进行分块，对每块的中心点像素坐标根据像素视野大小进行等分操作后构造包含等分Mark点的点集，依次选择点集内的等分Mark点与标定Mark点做差值，自适应控制器基于差值输出工业面阵相机移动的控制参数，以完成单点螺旋逼近的自适应控制过程，直至差值满足预设条件，记录该点像素坐标和机器坐标，根据记录的像素坐标和机器坐标执行N点标定算法完成自动标定过程，即通过自适应控制器的自适应控制算法进行螺旋逼近实现标定点拟合，以实现机器坐标系与相机坐标系无映射状态下的自动标定，无需人工协作，最终极大的提升了工业面阵相机标定的效率以及人员安全性，极大的降低了工业面阵相机标定的人工成本和时间成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。