一種機器人視覺系統快速標定方法技術方案

本發明專利技術公開一種機器人視覺系統快速標定方法，所述機器人視覺系統包括機器人、工作平臺、CCD攝像機和計算機，其中，計算機用于控制CCD攝像機采集工作平臺的圖像數據，計算機還能夠控制機器人的移動；所述方法包括如下步驟：步驟1，將CCD攝像機安裝在工作平臺上，使得工件放置在工作平臺上時，工件的局部位于CCD攝像機的視場區域內，以攝像機坐標系的坐標采集工件的特征坐標點；步驟2，利用opencv編寫畸變矯正算法，對CCD攝像機進行快速畸變矯正；步驟3，對攝像機坐標系與機器人世界坐標系和實際尺寸的比例關系進行標定；步驟4，對整個工作平臺的用戶坐標系原點進行標定。此種標定方法成本低，安裝方便，標定快速，易于實現。

A rapid calibration method for robot vision system

Fast calibration method of the present invention discloses a robot vision system, the robot includes a robot vision system, working platform, CCD camera and computer, the computer is used to control the CCD camera image data acquisition platform, mobile computer can control the robot; the method comprises the following steps: 1, CCD the camera is installed on the working platform, the workpiece is placed on the working platform, the local CCD in the camera's field of view within the region, with the characteristics of workpiece coordinate acquisition camera coordinate system of coordinates; step 2, opencv prepared using the CCD camera distortion correction algorithm, fast distortion correction; step 3, the camera coordinates system and robot world coordinate system and the actual size of the proportion of calibration; step 4, the working platform for The origin of the coordinate system is calibrated. The calibration method has the advantages of low cost, convenient installation, fast calibration and easy realization.

【技術實現步驟摘要】
一種機器人視覺系統快速標定方法
本專利技術屬于機器視覺系統的標定領域，特別涉及一種攝像機固定的機器人視覺系統的標定方法。
技術介紹
標定是每一臺視覺設備都必不可少的步驟，現在越來越多的自動化設備開始使用機器視覺，標定的精度和快慢直接影響企業的生產效率。現在較多的方法是使用早期的棋盤格標定程序直接進行標定攝像機，而機器人和攝像機的標定多利用標定工具的輔助，現在較多的是將攝像機安裝在機器人手臂的末端，利用標定工具進行手眼標定也有較快的速度，但由于一些工作的需要，不適合將CCD攝像機固定在機器人的末端，對于固定式CCD的機器人視覺系統有以下幾個缺陷：(1)攝像機內參和畸變矩陣獲取速度慢，對于CCD攝像機的標定目前多數使用棋盤格標定程序來標定，不同的攝像機、不同的安裝距離和鏡頭焦距都會產生不同的畸變，所以往往在設備安裝好之后會進行一次攝像機畸變矩陣的獲取，用來在以后工作時取像之后的矯正，利用攝像機內參和畸變矩陣矯正圖像的速度往往很快，但是在獲取畸變矩陣時的效率很低，在這上面會浪費安裝調試人員大量的時間；(2)檢測大型工件精度低，對于CCD檢測大型工件常固定在能夠將工件完全放在視場內的位置，由于攝像機和工件的距離太遠，導致CCD攝像機的畸變對檢測精度的影響加大，并且由于攝像機像素的限制導致圖像的特征模糊不清；(3)機器人與攝像機的坐標系對應關系和比例轉換常常通過機器人對特殊標定工具的示教來完成，這樣就需要精度較高的工件復雜的過程和較長的時間來做這項工作，降低效率。
技術實現思路
本專利技術的目的，在于提供一種機器人視覺系統快速標定方法，其成本低，安裝方便，標定快速，易于實現。為了達成上述目的，本專利技術的解決方案是：一種機器人視覺系統快速標定方法，所述機器人視覺系統包括機器人、工作平臺、CCD攝像機和計算機，其中，計算機用于控制CCD攝像機采集工作平臺的圖像數據，計算機還能夠控制機器人的移動；所述方法包括如下步驟：步驟1，將CCD攝像機安裝在工作平臺上，使得工件放置在工作平臺上時，工件的局部位于CCD攝像機的視場區域內，以攝像機坐標系的坐標采集工件的特征坐標點；步驟2，利用opencv編寫畸變矯正算法，對CCD攝像機進行快速畸變矯正；步驟3，對攝像機坐標系與機器人世界坐標系和實際尺寸的比例關系進行標定；步驟4，對整個工作平臺的用戶坐標系原點進行標定。上述步驟1中，采集工件的特征坐標點的方法是：CCD攝像機對其視場區域內工件的局部特征進行識別并提取該特征的坐標，同時檢測工件在工作平臺上放置的姿態，依據工件圖紙采集工件內部特征之間的坐標關系，計算需要的特征坐標與檢測到的特征坐標之間的橫縱坐標的差值，從而得到所需要的特征坐標點。上述步驟2中，畸變矯正算法的具體內容是：(1)通過移動或旋轉棋盤格，CCD攝像機采集獲取N張不同角度包含有整個棋盤格的圖像；(2)預設棋盤格的內焦點行數和列數，行數和列數不能相同；(3)設定3D場景中的點位數據；(4)對步驟(1)采集的棋盤格圖像進行如下處理：a.調取第一張圖像，進行灰度處理；b.再將圖像尺寸縮小n倍，n根據圖像實際大小設定；c.使用棋盤格檢測函數檢測角點；d.重新加載原始圖像，并且將檢測到的角點數據橫縱坐標都放大n倍，將這些加入到亞像素角點檢測函數中；e.將檢測到的亞像素角點坐標放入集合；f.調取下一張圖像，重復步驟a-e，直至所有棋盤格圖像均處理完成；(5)將存放有亞像素角點坐標的集合添加到相機標定矩陣，由相機標定函數來計算攝像機內參和畸變矩陣；(6)將攝像機內參和畸變矩陣保存并輸出。上述步驟(6)中，將攝像機內參和畸變矩陣采用.vml后綴格式保存并輸出。上述步驟3的具體內容是，首先在視場區域內工作平臺的空白區域任選兩個標記點，利用攝像機檢測兩個標記點的坐標，并以攝像機坐標表示二者之間的距離d1；然后控制機器人找到兩個標記點，以機器人世界坐標表示二者之間的距離d2；最后用尺子測量兩個標記點之間的實際距離尺寸d3；設k1＝d1/d2，k2＝d2/d3，設攝像機攝像機坐標系的坐標為Cc，機器人世界坐標系的坐標為Cr，工作平臺的用戶坐標系的坐標為Cu，有Cc＝k1×Cr＝k1×k2×Cu。上述步驟4的具體內容是：在工作平臺上定義某一點為原點，記錄其機器人世界坐標Cro(Cro.x,Cro.y)，再在CCD攝像機的視場區域任選一個標記點，記錄標記點的攝像機坐標Ccp(Ccp.x,Ccp.y)和機器人世界坐標Crp(Crp.x,Crp.y)；在機器人世界坐標下計算原點與標記點的距離，二者的橫坐標差值Ex＝Crp.x-Cro.x，縱坐標差值Ey＝Crp.y-Cro.y；設攝像機取得的待測點坐標為Cca(Cca.x,Cca.y)，機器人從原點移動到待測點時，橫縱坐標需要移動的距離為dx和dy，則dx＝Cro.x+Ex+[(Cca.x-Ccp.x)/k1]，dy＝Cro.y+Ey+[(Cca.y-Ccp.y)/k1]。采用上述方案后，本專利技術具有以下優勢：(1)克服了攝像機相機內參和畸變矩陣獲取速度慢的缺點，既加快了計算速度又不降低標定的精度。(2)有效提高了檢測大型工件的特征識別精度并且有益于安裝調試和縮減整機尺寸。(3)不使用特殊的標定工具，簡單快速的完成機器人與攝像機的坐標系對應關系和比例轉換。附圖說明圖1是本專利技術的實現示意圖；圖2是opencv常用的棋盤格示意圖；圖3是opencv攝像機內參和畸變矯正算法流程圖。具體實施方式以下將結合附圖，對本專利技術的技術方案進行詳細說明。如圖1所示，本專利技術提供一種機器人視覺系統快速標定方法，其中，機器人視覺系統包括機器人5、工作平臺2、CCD攝像機4和計算機6，其中，機器人5可以使用任意型號，需能夠進行高精度定位；CCD攝像機4具有面對工作平臺2的固定式成像鏡頭；計算機6用于控制CCD攝像機4和機器人5的動作；計算機6通過CCD攝像機4采集圖像數據，并利用標定算法對圖像數據進行處理，同時計算機6通過控制機器人5在標記點之間的移動來計算用戶坐標系與機器人世界坐標系和攝像機坐標系之間的轉換關系，完成標定。所述標定方法包括如下步驟：步驟1，將CCD攝像機4安裝在工作平臺2的角落，使其視場區域位于圖1中的范圍3，這樣就可以使工件在通過傳送帶或其它夾具被放置到工作平臺2上之后，CCD攝像機4能夠對其視場區域內的工件的局部特征進行識別并提取該特征的坐標，同時檢測工件在工作平臺2上放置的姿態，按照工件圖紙先將工件的內部特征之間的坐標關系寫入程序，通過轉換關系計算需要的特征坐標與檢測到的特征坐標之間的橫縱坐標的差值，間接得到所需要的特征坐標點，該坐標點數據是以攝像機坐標系的坐標來儲存的。對于大型工件來說，現有技術中將整個工件放入攝像機視場中的做法會降低精度，所以本專利技術在安裝時，將CCD攝像機與工件的距離拉近，只將工件的一部分放入CCD攝像機的視場區域，通過對工件局部特征的提取和工件圖紙的內部特征之間的坐標關系，間接得到所需要的特征坐標。這樣能夠有效提高大型工件的特征識別精度，并且有益于安裝調試和縮減整機尺寸。步驟2，利用opencv編寫畸變矯正算法，對CCD攝像機進行快速畸變矯正。opencv標定常用的棋盤格如圖2，可以使用打印機打印后貼在一張板上使用。使用openc本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機器人視覺系統快速標定方法，所述機器人視覺系統包括機器人、工作平臺、CCD攝像機和計算機，其中，計算機用于控制CCD攝像機采集工作平臺的圖像數據，計算機還能夠控制機器人的移動；其特征在于所述方法包括如下步驟：步驟1，將CCD攝像機安裝在工作平臺上，使得工件放置在工作平臺上時，工件的局部位于CCD攝像機的視場區域內，以攝像機坐標系的坐標采集工件的特征坐標點；步驟2，利用opencv編寫畸變矯正算法，對CCD攝像機進行快速畸變矯正；步驟3，對攝像機坐標系與機器人世界坐標系和實際尺寸的比例關系進行標定；步驟4，對整個工作平臺的用戶坐標系原點進行標定。

【技術特征摘要】
1.一種機器人視覺系統快速標定方法，所述機器人視覺系統包括機器人、工作平臺、CCD攝像機和計算機，其中，計算機用于控制CCD攝像機采集工作平臺的圖像數據，計算機還能夠控制機器人的移動；其特征在于所述方法包括如下步驟：步驟1，將CCD攝像機安裝在工作平臺上，使得工件放置在工作平臺上時，工件的局部位于CCD攝像機的視場區域內，以攝像機坐標系的坐標采集工件的特征坐標點；步驟2，利用opencv編寫畸變矯正算法，對CCD攝像機進行快速畸變矯正；步驟3，對攝像機坐標系與機器人世界坐標系和實際尺寸的比例關系進行標定；步驟4，對整個工作平臺的用戶坐標系原點進行標定。2.如權利要求1所述的一種機器人視覺系統快速標定方法，其特征在于：所述步驟1中，采集工件的特征坐標點的方法是：CCD攝像機對其視場區域內工件的局部特征進行識別并提取該特征的坐標，同時檢測工件在工作平臺上放置的姿態，依據工件圖紙采集工件內部特征之間的坐標關系，計算需要的特征坐標與檢測到的特征坐標之間的橫縱坐標的差值，從而得到所需要的特征坐標點。3.如權利要求1所述的一種機器人視覺系統快速標定方法，其特征在于：所述步驟2中，畸變矯正算法的具體內容是：(1)通過移動或旋轉棋盤格，CCD攝像機采集獲取N張不同角度包含有整個棋盤格的圖像；(2)預設棋盤格的內焦點行數和列數，行數和列數不能相同；(3)設定3D場景中的點位數據；(4)對步驟(1)采集的棋盤格圖像進行如下處理：a.調取第一張圖像，進行灰度處理；b.再將圖像尺寸縮小n倍，n根據圖像實際大小設定；c.使用棋盤格檢測函數檢測角點；d.重新加載原始圖像，并且將檢測到的角點數據橫縱坐標都放大n倍，將這些加入到亞像素角點檢測函數中；e.將檢測到的亞像素角點坐標放入集合；f.調取下一張圖像，重復步驟a-e...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉建春，黃勇杰，
申請(專利權)人：廈門理工學院，
類型：發明
國別省市：福建,35