[发明专利]采用残差反馈的SLM显微视觉数据重构方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种采用残差反馈的SLM显微视觉数据重构方法，特别是涉及以针孔摄像机模型为基础通过建立残差补偿模型对其进行改进而提升SLM显微视觉系统重构精度的方法。

背景技术：

光学体式显微镜是一种精密的光学仪器，主要分为CMO型SLM(stereolightsystem)，Greenough型SLM。CMO型SLM的两套子光路共享前端大物镜，共包含三条光轴，并且相互平行。在CMO型SLM的子光路像面处安装CCD相机可构成SLM显微立体视觉系统，SLM显微视觉系统属于典型的计算机双目立体视觉系统，拥有较大的工作空间，而且属于非接触式光学测量，通过相机可实时拍摄物空间的整个场景，不存在类似电子显微镜的信号延时，这些特点使其逐渐在微操作，微测量，微装配等领域中广泛使用。对微小物体进行微操作，微测量需对其三维物空间进行准确重构，高效准确的视觉建模是进行工作的关键所在。

视觉建模是SLM显微视觉系统在进行微操作，微测量过程中的重要研究内容之一。针孔模型为线性模型，在宏观立体视觉中广泛应用，是一种成熟简便的视觉模型，但并不适合直接用于SLM显微视觉坐标的重构。由于CMO-styleSLM的成像过程不符合针孔成像的原理，直接使用针孔摄相机模型进行三维重构时会产生较大定位误差。极易造成误匹配，误操作，降低微测量，微操作，微装配，过程中的工作效率。Kim(1990)使用了简易的视觉模型，比较早的把量化的SLM显微视觉系统应用到微观世界测量中，很有意义，但是模型使用了较少的参数对透镜畸变抵抗能力较弱。Danuser(1999)建立了一个高精度的视觉模型，比较系统的论述了参数的标定过程，很有代表性，但是模型引入大量的参数来拟合畸变，需要设计复杂的标定过程估计参数，如果选择了不合适的优化过程，大量参数的引入往往会导致标定结果的不稳定性，Danuser(1999)提出的模型使用起来比较困难。

发明内容

针对上述重构方法标定过程复杂，精度低，直接使用针孔模型在SLM显微视觉系统中由图像坐标重构物空间世界坐标时存在的较大定位误差问题，本发明推出了采用残差反馈的SLM显微视觉数据重构方法，其目的是在保留针孔模型优势的基础上，降低参数标定难度，通过建立残差补偿方法，克服现有针孔模型在微光领域应用时的不足，提高微结构三维形貌数据重构精度，新方法具有更强的实用性。

本发明所涉及的采用残差反馈的SLM显微视觉数据重构方法，是建立在针孔摄相机模型之上，对SLM显微视觉重构数据的残差进行分析补偿。所述的方法包括以下步骤：

1、等间距采集SLM立体图像对

通过SLM显微视觉系统在世界坐标系中沿x轴，y轴，z轴等间距采集立体图像对，输出x轴图像序列,y轴图像序列，z轴图像序列。获取图像格点世界坐标真值集合P₁。

2、图像对准与视差畸变矫正

在x轴图像序列中，利用拟合算法，分别对所采集到的左图像、右图像中图像特征点行进轨迹进行拟合，估计左右图像相对旋转角及相对偏移，进行左右图像对准，矫正左右图像视差曲面畸变。

3、建立初始视觉模型

采用标定软件通过针孔摄像机模型理论，对SLM视觉系统进行初始标定，输出标定参数。利用沿z轴采集到的图像序列，对左右立体图像对视差数据进行统计，建立视差增量与z轴坐标增量线性关系，输出视差增量比例系数E，给出初始的视觉模型。

4、重构残差计算

等间距采集图像序列时，图像由位置1移动到位置2时，所有格点具有相同的移动距离D₁。利用初始模型重构x轴图像序列，y轴图像序列，z轴图像序列格点的世界坐标，获得所有格点世界坐标的测量值集合P₂，计算格点由位置1移动到位置2的相对重构距离D₂。以D₁作为真值，D₂作为测量值，对重构格点间相对位移残差参数进行计算。相对位移残差参数包括重构x轴图像序列时沿x轴轴向偏移残差,沿y轴径向偏移残差,沿z轴径向偏移残差；重构y轴图像序列时，沿y轴轴向偏移残差,沿x轴径向偏移残差,沿z轴径向偏移残差；重构z轴图像序列时，沿z轴轴向偏移残差,沿x轴径向偏移残差,沿y轴径向偏移残差。

5、重构残差精度评估