CN113255662A - 一种基于视觉成像的定位矫正方法、***、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉成像的定位矫正方法、***、设备及存储介质,属于视觉检测定位技术领域。其中,基于视觉成像的定位矫正方法包括:基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异,并根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置,最终达到消除参考点与目标点的空间位置差异,实现定位矫正。与现有技术相比,本发明采用视觉成像获取参考点与目标点之间的二维位置差异,并将其转换为三维的空间位置差异后再进行消除,实现精准的定位矫正,避免频繁的人工定位校准,提升实验效率。
Description
技术领域
本发明属于视觉检测定位技术领域,尤其是一种基于视觉成像的定位矫正方法、***、设备及存储介质。
背景技术
在医学实验或者检测过程中,为了降低人为操作导致的实验结果不准确性,经常需要利用机器人等装置进行实验操作。而为了确保实验过程的顺利进行,首选要确保各仪器设备的精确定位。例如,在利用机器人夹持操作仪器时,需要使机器人的机械臂移动至预定位置对仪器进行夹持,如果定位不准,则可能会发生机械臂与实验仪器发生碰撞或者无法实现准确夹持的情况,这会导致实验过程中的中断。
虽然现有技术中的机器人通常具有较高的定位精度,通过事先的定位校准能够初步实现精准定位。但是,作为一种机械装置,其机械结构之间具有一定的间隙误差,在长期使用过程中,随着间隙误差的不断积累,最终会产生较大的定位误差,进而导致机器人的机械臂实际移动位置与目标位置产生较大偏移。通过频繁的人工定位校准,极大的降低实验效率。
发明内容
本发明提供了一种基于视觉成像的定位矫正方法***、设备及存储介质,以解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,提供一种基于视觉成像的定位矫正方法,包括:
基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异;
根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
在进一步的实施例中,所述空间位置差异至少包括三个方向的移动变量;
通过采用上述技术方案:参考点的空间坐标与三个移动变量的矢量和即为实际要达到的预设位置,通过三个移动变量可以消除参考点与目标点的空间位置差异,实现定位矫正。
在进一步的实施例中,所述参考点与通过视觉成像获得的拍摄图像中预设的固定像素点对应。
通过采用上述技术方案:通过预设固定像素点的方式减少对拍摄图像中的参考点的识别步骤,既能简化流程,又能避免因识别错误导致定位矫正失败的问题。
在进一步的实施例中,所述预设的固定像素点为通过视觉成像获得的拍摄图像的中心点。
在进一步的实施例中,所述空间位置差异获取的过程具体为:
通过视觉成像设备拍摄目标点获得拍摄图像;
标记拍摄图像上的参考点对应的固定像素点和目标点对应的标记像素点;
根据预设规则获取固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异对应的参考点和目标点的空间位置差异。
通过采用上述技术方案:先获取固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异,然后再对应获取参考点和目标点的空间位置差异。
在进一步的实施例中,所述预设规则的建立过程为:
建立拍摄图像的像素坐标系与物理坐标系的对应关系:
建立拍摄图像的物理坐标系与三维空间的世界坐标系的对应关系:
获取摄图像的像素坐标系与世界坐标系的对应关系:
通过采用上述技术方案:建立摄图像的像素坐标系与世界坐标系的对应关系,从而可以根据固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异获取对应的参考点和目标点的空间位置差异,进而对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
在进一步的实施例中,所述视觉成像设备采用CMOS相机或CCD相机。
第二方面,提供一种基于视觉成像的矫正***,包括:
第一模块,基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异;
第二模块,根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
第三方面,提供一种基于视觉成像的矫正设备,包括:
存储器,存储有计算机程序;
处理器,与存储器通讯连接,所述处理器执行所述存储器中计算机程序实现第一方面提供的基于视觉成像的定位矫正方法。
第四方面,提供一种存储介质,所述存储介质计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面提供的基于视觉成像的定位矫正方法。
有益效果:本发明提出的基于视觉成像的定位矫正方法,首先基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异,然后根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置,最终达到消除参考点与目标点的空间位置差异,实现定位矫正。与现有技术相比,本发明采用视觉成像获取参考点与目标点之间的二维位置差异,并将其转换为三维的空间位置差异后再进行消除,实现精准的定位矫正,避免频繁的人工定位校准,提升实验效率。
附图说明
图1是实施例一的基于视觉成像的定位矫正方法的流程图。
图2是拍摄图像的像素坐标系与物理坐标系的对应关系图。
图3是相机拍摄成像的原理图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例,对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付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。
经研究发现,随着医学实验和检测对自动化程度要求越来越高,为了确保实验的顺利进行,通常需要对实验过程中的仪器设备进行高精度定位。例如,实验过程中通常适用高精度机器人完成实验仪器的定位、夹取、移送定位等功能。虽然机器人的定位精度较高,但是在长期使用过程中,随着间隙误差的不断积累,最终会产生较大的定位误差,进而导致机械臂实际移动位置与目标位置存在误差的情况。在一些实验过中,通过会在每次实验前对机器人进行人工定位校准,但是通常情况下,机器人在同一实验中适用于多个实验步骤,因此,频繁的人工定位校准大大降低了实验效率。对于一些环境清洁度要求较高的实验,人工定位校准还会导致实验环境的污染。
为了解决上述问题,本发明提供一种基于视觉成像的定位矫正方法、***、设备及存储介质。
实施例一
图1是实施例一提供的基于视觉成像的定位矫正方法的流程图。如图1所示,本实施例提供的基于视觉成像的定位矫正方法包括:
S1、基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异;
S2、根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
具体的,根据世界坐标系的定义规则,定义存在于水平面相互垂直的方向和方
向。同时,定义垂直于水平面的方向。方向分别与方向以及方向垂直。步骤S1中的空
间位置差异至少包括三个位于方向、方向以及方向的移动变量、以及。通过,
通过对这三个移动变量对参考点进行位置补偿,使参考点移动至预设位置。一种可能的情
况是参考点与目标点重叠。这种情况通常为一种理想情况,在实际工程应用中通常难以实
现。因此,为了确保定位矫正的精确性,通常采用设定阈值的方式,只要参考点与目标点的
空间位置差异小于设定阈值,则认定参考点已经移动至预设位置。另一种可能的情况是,参
考点与目标点之间具有一定的预设距离,例如机械夹手夹持仪器时,其夹手移动的位置应
当与仪器具有一定的距离,以便于夹手夹紧或松开仪器。因此,通过对三个移动变量进行调
整,参考点与目标点之间具有一定的预设距离。因此,在实验过程中,通过采用上述定位矫
正方法能够根据实验步骤确定的目标点,并直接将参考点移动至预设位置,同时完成移动
定位和位置矫正功能,提高实验效率。即在实验过程的每个步骤都进行位置矫正,从而实现
实验过程中精准定位,确保实验的顺利进行。
在进一步的实施例中,采用CCD相机或者GMOS相机拍摄成像的方式获取目标点相对于参考点的空间位置差异。由于相机拍摄成像只能获取二维像素点的拍摄图像,因此要获得包括三个方向移动变量的空间位置差异必须要建立一个预设规则的以达到拍摄图像与空间位置的对应关系。
在此情况下,参考点和目标点通过相机拍摄成像后各自对应拍摄图像中的一个像素点。设定参考点对应的像素点为预设的固定像素点。当然,参考点也可以设定为位置可变的像素点。但是,通过预设固定像素点的方式可以省略对拍摄图像中的参考点的识别步骤。一方面,能够简化流程;另一方面,又能避免因识别错误导致定位矫正失败的问题。本实施例中,预设的固定像素点设定为拍摄图像的中心点。由于参考点与目标点之间的位置可变形,因此相较于参考点对应的像素点的固定设定,目标点对应的像素点应当是一种位置可变的像素点。
进一步地,拍摄图像与空间位置的对应关系的预设规则通过以下过程予以建立:
首先,建立拍摄图像的像素坐标系与物理坐标系的对应关系:
相机拍摄采集到的拍摄图像经过内部转换以数字行驶存储,在内存中形成以图像
像素为坐标的像素坐标系,如图2所示,由于拍摄图像是以像素为单位的,因此要得到
其与空间位置的对应关系应当先建立拍摄图像的物理坐标系,并且,轴与轴平行,轴与轴平行,则像素坐标系与物理坐标系的对应关系可以表示为:
;其中,为拍摄图像中的像素点在像素坐标系内对应的像素坐
标,为拍摄图像中的像素点在物理坐标系内对应的物理坐标,为像素点在物
理坐标系方向的实际尺寸,为像素点在物理坐标系方向的实际尺寸,为
物理坐标系的原点在像素坐标系内的坐标位置。当然上述表达式也可以简化表示为:,为拍摄图像的像素坐标系与物理坐标系的对应关系。
然后,建立拍摄图像的物理坐标系与三维空间的世界坐标系的对应关系:
相机是通过其正面的孔径捕捉场景中的光并在感光元件上形成对应图像。在实际
视觉应用过程中,相机的成像模型通常采用针孔模型。如图3所示,是相机的焦距,是物
体的实际尺寸,是物体到相机的距离,则通过相似三角形法则可以得到物体通过相机拍
摄的成像图像的尺寸:。因此,通过相机获取的拍摄图像的物理坐标系与三维空
间的世界坐标系的对应关系可以表示为:
最后,获取摄图像的像素坐标系与世界坐标系的对应关系:
基于上述设定内容,确定空间位置差异获取的过程:
S11、首先,通过视觉成像设备拍摄目标点获得拍摄图像;
S12、然后,标记拍摄图像上的参考点对应的固定像素点和目标点对应的标记像素点;
S13、最后,根据预设规则获取固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异对应的参考点和目标点的空间位置差异。预设规则的设立是为了建立摄图像的像素坐标系与世界坐标系的对应关系,从而可以根据固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异获取对应的参考点和目标点的空间位置差异,进而对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
实施例二
本实施例提供的一种基于视觉成像的定位矫正***。该定位矫正***包括第一模块和第二模块。
具体的,第一模块基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异。其具体过程为:首先,通过视觉成像设备拍摄目标点获得拍摄图像;然后,标记拍摄图像上的参考点对应的固定像素点和目标点对应的标记像素点;最后,根据预设规则获取固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异对应的参考点和目标点的空间位置差异。
拍摄图像与空间位置对应关系的预设规则的建立过程为:
首先,建立拍摄图像的像素坐标系与物理坐标系的对应关系:
然后,建立拍摄图像的物理坐标系与三维空间的世界坐标系的对应关系:
最后,获取摄图像的像素坐标系与世界坐标系的对应关系:
通过采用上述技术方案:建立摄图像的像素坐标系与世界坐标系的对应关系,从而可以根据固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异获取对应的参考点和目标点的空间位置差异,进而对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
第二模块根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。第一
模块将固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异形成对应的参考点和目标点的空间
位置差异。该空间位置差异包括方向、方向以及方向的移动变量、以及。在进
行位置补偿时,通过将参考点的空间坐标与三个移动变量的矢量相加获得参考点实际要达
到的预设位置,实现定位矫正。
实施例三
本实施例提供的一种基于视觉成像的定位矫正设备。该定位矫正设备至少包括存储器和处理器。
具体的,存储器和处理器通过总线连接的方式实现通讯连接。其中,存储器作为一种计算机可读存储介质,其内存储有计算机程序。处理器通过运行存储与存储器内的计算机程序从而执行计算机设备的各种功能应用以及数据处理,以实现上述基于视觉成像的定位矫正方法。该定位矫正方法包括:
基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异;
根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
实施例四
本实施例提供的一种计算机可读的存储介质。该存储介质上存储有计算机程序,当存储介质中的计算机程序被处理器执行时实现上述基于视觉成像的定位矫正方法。该定位矫正方法包括:
基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异;
根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于视觉成像的定位矫正方法,包括:
基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异;
根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
3.根据权利要求1所述的基于视觉成像的定位矫正方法,其特征在于,
所述参考点与通过视觉成像获得的拍摄图像中预设的固定像素点对应。
4.根据权利要求3所述的基于视觉成像的定位矫正方法,其特征在于,
所述预设的固定像素点为通过视觉成像获得的拍摄图像的中心点。
5.根据权利要求3所述的基于视觉成像的定位矫正方法,其特征在于,
所述空间位置差异获取的过程具体为:
通过视觉成像设备拍摄目标点获得拍摄图像;
标记拍摄图像上的参考点对应的固定像素点和目标点对应的标记像素点;
根据预设规则获取固定像素点和标记像素点之间的二维位置差异对应的参考点和目标点的空间位置差异。
6.根据权利要求5所述的基于视觉成像的定位矫正方法,其特征在于,所述预设规则的建立过程为:
建立拍摄图像的像素坐标系与物理坐标系的对应关系:
建立拍摄图像的物理坐标系与三维空间的世界坐标系的对应关系:
获取摄图像的像素坐标系与世界坐标系的对应关系:
7.根据权利要求5所述的基于视觉成像的定位矫正方法,其特征在于,
所述视觉成像设备采用CMOS相机或CCD相机。
8.一种基于视觉成像的矫正***,其特征在于,包括:
第一模块,基于视觉成像获取参考点相对于目标点的空间位置差异;
第二模块,根据空间位置差异对参考点进行位置补偿,使其移动至预设位置。
9.一种基于视觉成像的矫正设备,其特征在于,包括:
存储器,存储有计算机程序;
处理器,与存储器通讯连接,所述处理器执行所述存储器中计算机程序实现如权利要求1-7任意一项所述的基于视觉成像的定位矫正方法。
10.一种存储介质,其特征在于,
所述存储介质计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的基于视觉成像的定位矫正方法。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116883295A (zh) * | 2023-09-10 | 2023-10-13 | 苏州聚视兴华智能装备有限公司 | 线扫描三维图像采集振动矫正方法、装置及电子设备 |
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2021
- 2021-05-14 CN CN202110529896.2A patent/CN113255662A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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CN116883295B (zh) * | 2023-09-10 | 2023-12-15 | 苏州聚视兴华智能装备有限公司 | 线扫描三维图像采集振动矫正方法、装置及电子设备 |
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PB01 | Publication | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |