一种高精度主从相机视觉定位方法与流程

1.本发明涉及一种视觉定位技术,特别涉及一种高精度主从相机视觉定位方法。


背景技术：

2.视觉定位技术是工业机器设备智能化的一个关键技术。随着技术的发展，对于视野更大精度要求更高的定位需求越来越多，视野大、像素高的工业相机成本昂贵，比如公开号为cn211630241u的中国专利文献，其公开了一种手机后盖电镀前贴膜视觉定位装置，其使用到了千万像素相机镜头以提高定位精度。但目前的工业相机视野大小及像素有限，在一定需求场合下哪怕是不考虑工业相机成本也无法实现需求，因此在硬件无法满足需求时需要一种对硬件依赖程度不高的方式实现高精度视觉定位。
3.在某些需求场景待定位产品较大且定位精度要求微米级时，传统做法是选用靶面尺寸更大、像素更多的工业相机及视野放大倍率更高的远心镜头来满足需求，众所周知靶面尺寸更大、像素更多的工业相机价格更贵，当要求上亿像素时一个工业相机的价格十多万，一台设备一般会使用很多个工业相机，这就导致了设备研发成本过高，市场很难接受；另一方面，待定位产品更大时，市场上找不到符合要求的工业相机，形成有价无市的场景。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种能满足局部检测区域精度要求、突破了硬件限制而适用各种尺寸以及成本低的高精度主从相机视觉定位方法。
5.本发明所采用的技术方案是：本发明应用的抓取设备包括xy轴移动平台1、相机固定支架2、主相机3和从相机4，所述主相机3和所述从相机4均固定设置在所述相机固定支架2上，所述主相机3和所述从相机4均位于所述xy轴移动平台1的上方，本发明包括如下步骤：a、建立所述主相机3图像坐标与所述xy轴移动平台1机械轴坐标的第一矩阵映射关系m1:第一标定板5上有一个实心圆形图案，将第一标定板5放置在所述xy轴移动平台1并处于所述主相机3视野中心，然后所述xy轴移动平台1按照九点标定法移动九次，分别获取这九个点的图像坐标以及对应的所述xy轴移动平台1的机械轴xy坐标，以此建立所述主相机3与机械xy轴坐标的所述第一矩阵映射关系m1；b、建立所述主相机3图像坐标与第二标定板6之间的第二矩阵映射关系m2、建立所述从相机4图像坐标与所述第二标定板6之间的第三矩阵映射关系m3：标定板列阵布满实心圆形图案，相邻两个圆xy间距都是1mm，平整放置在所述主相机3和所述从相机4视野内，并保证所述主相机3和所述从相机4视野内至少有九个圆；在所述主相机3和所述从相机4视野内各自选九个圆，以所述主相机3的九个圆点的左上角为原点生成笛卡尔坐标系，通过计算所述主相机3视野内九个圆点的像素坐标再结合刚生成的笛卡尔坐标系坐标可以得到所述主相机3与标定板之间的第二矩阵映射关系m2，随后以所述主相机3刚生成的笛卡尔坐标系类推得到所述从相机4视野内九个圆点的坐标，并结合所述从相机4视野内九个圆点的像素
坐标得到所述从相机4与所述第二标定板6之间的第三矩阵映射关系m3；c、所述主相机3对产品的特征点a识别定位得到图像坐标pa，所述从相机4对产品的特征点b识别定位得到图像坐标pb，使用所述第三矩阵映射关系m3将图像坐标pb转换到标定板坐标系wb，然后使用所述第二矩阵映射关系m2逆矩阵得到标定板坐标系wb在所述主相机3中的像素坐标pb1，这时候就完成了把所述从相机4的像素结果转换到所述主相机3当中去，相当于产品的特征点b也在所述主相机3视野内了，这时使用所述第一矩阵映射关系m1将图像坐标pa与像素坐标pb1转换到机械轴坐标系中得到机械xy轴坐标ha、hb；利用机械xy轴坐标ha、hb可以得到产品在机械轴中的角度及中心点坐标，最终实现定位工作。
6.进一步，所述主相机3和所述从相机4的像素均为百万级。
7.进一步，所述主相机3和所述从相机4的像素均为五百万。
8.进一步，在所述相机固定支架2上可以设置若干个所述从相机4。
9.本发明的有益效果是：本发明采用两个相机组合的方式进行视觉定位，可以应用在各种定位抓取设备上，只需要选择满足局部检测区域精度要求的工业相机，采用两个像素低的主从相机相结合进行视觉定位，能够突破硬件的限制而适用各种尺寸的产品，极大的降低了设备成本，比如像素五百万的相机仅需两三千元。
附图说明
10.图1是本发明硬件布局示意图；图2是机械xy移动路径；图3是主从相机标定示意图；图4是标定板坐标示意图；图5是产品检测示意图；图6是矩阵转换关系示意图；图7是坐标转换关系示意图；图8是设备运行流程图。
具体实施方式
11.本发明方案概述：1、建立主相机图像坐标与机械轴坐标的矩阵映射关系（见图1）；2、建立主相机与从相机的坐标映射关系（见图3）；3、运行时使用1、2矩阵映射结果对产品进行定位（见图5）。
12.如图1所示，第一标定板5上有一个实心圆形图案，将其放置在机械轴xy平台并处于主相机视野中心，然后机械xy轴按照图2的路径移动九次，分别获取这九个点的图像坐标以及对应的机械轴xy坐标，以此建立主相机与机械xy轴的坐标映射关系m1。
13.如图3所示，第二标定板6列阵布满实心圆形图案，相邻两个圆xy间距都是1mm，平整放置在主从相机视野内，并保证主从相机视野内至少有九个圆。在主从相机视野内各自选九个圆，以主相机的九个圆点的左上角为原点生成笛卡尔坐标系，如图4所示，示意图中的k、n值是根据实际情况以主相机九点中的左上角为原点得到的坐标值。通过计算主相机视野内九个圆点的像素坐标在结合刚生成的笛卡尔坐标系坐标可以得到主相机与标定板之间的映射矩阵m2，同理得到从相机与标定板之间的映射矩阵m3。
14.如图5所示，主相机对特征点a识别定位得到图像坐标pa，从相机对特征点b识别定位得到图像坐标pb，使用矩阵m3将pb转换到标定板坐标系wb，然后使用m2逆矩阵得到wb在主相机中的像素坐标pb1，这时候就完成了把从相机的像素结果转换到主相机当中去，相当于特征点b也在主相机视野内了，这时使用矩阵m1将pa与pb1转换到机械轴坐标系中得到坐标ha、hb（见图6）。利用ha、hb可以得到产品在机械轴中的角度及中心点坐标，最终实现定位工作。
15.本发明应用的抓取设备运行流程如下：1、开始；2、准备工作1：建立主相机与机械轴的矩阵关系m1；3、准备工作2：建立主从相机与标定板之间的矩阵关系m2,m3；4、设备plc告知视觉进行定位处理；5、视觉对产品进行视觉定位；6、视觉利用矩阵m1,m2,m3转换成最终的机械轴坐标系；7、plc获得坐标进行纠偏；8、结束。
16.与现有技术相比，本发明具有如下优点：1、本发明的定位精度3um，不会受限于产品的大小而降低精度，与传统方式依赖相机像素的多少来提高定位精度有本质的不同，本发明适用性更为广泛；2、本发明突破了相机硬件的限制，对于某些需求场合，市场上买不到具备超大视野且定位精度高的工业相机；3、本发明极大的节约了硬件成本，对于上亿像素的工业相机价格动辄十万甚至数十万，而本发明只需要很低的像素相机即可，成本大概几千块一个。
17.虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。