[发明专利]一种基于目标运动的显微视觉手眼标定方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人微操作技术领域中的显微视觉测量和控制，尤其是一种基于目标运动的显微视觉手眼标定方法。

背景技术

目前，微操作领域中常常利用显微视觉来测量目标在平面内的位置和姿态。由于显微视觉景深小、视场小，所以为了得到目标的空间坐标，需要将显微视觉系统的光轴与三维空间坐标系的一个坐标轴平行。这样，利用显微视觉只能得到目标在三维空间中的两维位置坐标(可参见文献：X.Zeng，X.Huang，M.Wang，Micro-assembly of micro parts using uncalibrated microscopes visual servoing method，Information Technology Journal，7(3)：497-503，2008.)。

显微视觉系统的标定方法有两类：一类采用平面靶标进行标定，但微小尺寸的精密靶标制作较为困难(可参见文献：G.Ding，X.Chen，L.Wang，L.Lei，Y.Li，Self-calibration method of two-dimensional grid plate，in Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering，Seventh International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation，8321，2011.)；另一类采用基于Broyden估计的方法，但其只能标定图像坐标偏差与在XY平面的相对位置之间的关系(可参见文献：X.Zeng，X.Huang，M.Wang，Micro-assembly of micro parts using uncalibrated microscopes visual servoing method，Information Technology Journal，7(3)：497-503，2008)。

发明内容

为了解决现有技术中显微视觉只能测量两维位置坐标以及不能标定图像坐标增量与三维空间的相对位置之间关系的问题，本发明的目的在于提供一种基于目标运动的显微视觉标定系统和方法。

根据本发明一方面，提供一种基于目标运动的显微视觉标定系统，该系统包括：显微视觉系统1、微管2、操作器3、调整平台4、支架5、计算机6，其中：

所述调整平台4安装于支架5上，用于带动所述显微视觉系统1进行运动，以改变显微视觉系统1的位置，使得显微视觉系统1的视野处于操作器3上的微管2的运动范围内；

所述显微视觉系统1安装于所述调整平台4上；

所述微管2安装于所述操作器3的侧面，随着操作器3一起运动，以进入显微视觉系统1的视野；

所述显微视觉系统1指向所述操作器3和所述微管2；

所述显微视觉系统1通过视觉联接线连接至计算机6；所述操作器3和所述调整平台5分别通过控制线连接至计算机6；

所述显微视觉标定系统工作时，在操作器3带动微管2进行相对运动的过程中，对微管2末端图像进行清晰度判定，并使得微管2末端图像保持清晰，然后利用微管2末端清晰图像的坐标增量和视觉测量模型来测量微管2末端在三维空间的相对位移量。

根据本发明另一方面，提供一种利用所述系统进行显微视觉标定的方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：通过调整平台4带动显微视觉系统1运动，以改变显微视觉系统1的位置，使得显微视觉系统1的视野处于操作器3上的微管2的运动范围内；

步骤S2：操作器3带动微管2进入显微视觉系统1的视野，调整操作器3的坐标使得显微视觉系统1能够采集到微管2末端清晰的图像，并记录微管2末端的图像坐标和操作器3的坐标；

步骤S3：在保持微管2末端图像清晰的前提下，操作器3带动微管2在清晰成像平面内进行两次以上的相对运动，并记录每次相对运动微管2末端的图像坐标和操作器3的坐标；

步骤S4：根据微管2图像的坐标增量和操作器3的相对位移量，计算出视觉测量模型中图像雅可比矩阵J的参数J₁₁～J₃₂；

步骤S5：利用所述视觉测量模型和微管2末端清晰图像的坐标增量测量得到微管2末端在三维空间的相对位移量。