一種應用于智能激光切割的圖像自動標定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應用于智能激光切割的圖像自動標定方法，屬于圖像處理技術領域。
【背景技術】
[0002]常用激光切割方法有示教機械手切割和激光視覺傳感切割。在進行具體切割作業(yè)之前通常都需要進行繁瑣的機械標定過程，這一過程目的在于找到工件坐標系與機械臂坐標系下的相對關系，從而確定工件在機械臂坐標系的具體位置。
[0003]圖像標定可將圖像的像素坐標系轉換至世界坐標系，已達到像素坐標點與世界系坐標點相映射的關系。目前常使用的方法是通過黑白格的標定板或者標定帶進行手工標定操作，操作過程繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是:提出一種應用于智能激光切割的圖像自動標定方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
一種應用于智能激光切割的圖像自動標定方法，在激光切割平臺的表面設定圓形標定點，每個標定點圓心位置表示激光切割機械臂坐標系下的一個坐標點，通過Tsai兩步法來獲得切割圖像像素坐標與激光切割機械臂坐標的對應關系，所述方法包括如下步驟:
(1)、將每個標定點分為六、8、(:、04、？、6、!1、I不同的區(qū)域；
所述A區(qū)為以圓心為中心的中心圓，A區(qū)與標定點外圓外邊之間有一個內(nèi)圓，中心園與內(nèi)圓之間均分為B、C、D、E區(qū)，內(nèi)圓與外圓之間均分為F、G、H、I區(qū)；
(2)每個標定點的區(qū)域內(nèi)有不同的顏色區(qū)分，通過不同區(qū)域顏色排列區(qū)分每個標定點，設白色為0，黃色為1，藍色為2，紅色為3 ；
(3 )、掃描圖像，提取各個標定點A區(qū)黃色圓，將組成各個A區(qū)圓的像素坐標求算術平均值作為圓心像素坐標(U，V);
(4)、以A區(qū)圓心為中心，逐漸增大掃描半徑，判斷A區(qū)以外像素RGB顏色值；若顏色為白、藍或白、紅則繼續(xù)增大半徑值，直至出現(xiàn)其它顏色，半徑增長結束，如此掃描完BCDE區(qū)。
[0006](5)、若掃描得白、藍色，則將藍色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心(ul, vl )，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位；
若ul>u, vl>v則藍色處于E區(qū)；ul>u, vl<v則藍色處于C區(qū)；ul〈u, vl<v則藍色處于B區(qū)；ul〈u, vl>v則藍色處于D區(qū)，確定B⑶E區(qū)顏色編碼；
若掃描得白、紅兩色，則將紅色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼；
(6)、繼續(xù)增大掃描半徑，判斷BCDE以外區(qū)域RGB顏色值；
若顏色為白、藍或白、紅則繼續(xù)增大半徑值，直至掃描半徑以外全為白色，半徑增長結束，如此掃描完FGHI區(qū)；
(7)、若掃描得白、藍色，則將藍色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心(ul, vl )，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼；
若掃描得白、紅兩色，則將紅色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼；
(8)、經(jīng)過以上步驟獲得AB⑶EFGHI區(qū)域顏色編碼，得到標定點對應的標定號；確定標定號即獲得標定點對應的激光切割機械臂坐標系下坐標(X，Y)。
[0007](9)、從獲得的標定點中抽取16個標定點作為Tsai兩步法的輸入?yún)?shù)(該16個點一般為外圍12個，里層4個。但由于工件會阻擋標定點，所以16個點抽取原則為外圍標定點數(shù)多于里層標定點數(shù))，求解出變換矩陣參數(shù)，得到由像素坐標系到機械手坐標系轉換的變換矩陣。每個像素坐標U，V)經(jīng)過變換矩陣轉換至機械手坐標系下(X，Y)，即獲得像素坐標與機械手坐標映射關系。
[0008]本發(fā)明所達到的有益效果:
該圖像標定技術通過識別平臺上的特殊標定點，并進行Tsai兩步法的標定，從而獲得像素坐標系與世界坐標系的映射關系。該圖像標定技術省去了繁瑣的手動選取標定點過程，可通過平臺預先設有的標定點進行自動標定，節(jié)約了標定時間。
[0009]將該圖像自動標定技術與激光切割相結合，通過標定CCD攝像機拍攝的圖像，從去獲取圖想象中的工件在機械手坐標系的具體位置，繁瑣的機械標定過程，提高了產(chǎn)品的智能化程度和生產(chǎn)加工效率。
【附圖說明】
[0010]圖1是表面設有標定點的激光切割平臺；
圖2是標定點的區(qū)域劃分圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0012]—種應用于智能激光切割的圖像自動標定方法，如圖1所示，在激光切割平臺的表面設定圓形標定點，每個標定點圓心位置表示激光切割機械臂坐標系下的一個坐標點，通過Tsai兩步法來獲得切割圖像像素坐標與激光切割機械臂坐標的對應關系，所述方法包括如下步驟:
(1)、將每個標定點分為六、8、(:、04、？、6、!1、I不同的區(qū)域；
如圖2所示，所述A區(qū)為以圓心為中心的中心圓，A區(qū)與標定點外圓外邊之間有一個內(nèi)圓，中心園與內(nèi)圓之間均分為B、C、D、E區(qū)，內(nèi)圓與外圓之間均分為F、G、H、I區(qū)；
(2)每個標定點的區(qū)域內(nèi)有不同的顏色區(qū)分，通過不同區(qū)域顏色排列區(qū)分每個標定點，設白色為0，黃色為1，藍色為2，紅色為3 ；
(3 )、掃描圖像，提取各個標定點A區(qū)黃色圓，將組成各個A區(qū)圓的像素坐標求算術平均值作為圓心像素坐標(U，V);
(4)、以A區(qū)圓心為中心，逐漸增大掃描半徑，判斷A區(qū)以外像素RGB顏色值；若顏色為白、藍或白、紅則繼續(xù)增大半徑值，直至出現(xiàn)其它顏色，半徑增長結束，如此掃描完BCDE區(qū)。
[0013](5)、若掃描得白、藍色，則將藍色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心(ul, vl )，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位；
若ul>u, vl>v則藍色處于E區(qū)；ul>u, vl<v則藍色處于C區(qū)；ul〈u, vl<v則藍色處于B區(qū)；ul〈u, vl>v則藍色處于D區(qū)，確定B⑶E區(qū)顏色編碼；
若掃描得白、紅兩色，則將紅色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼；
(6)、繼續(xù)增大掃描半徑，判斷BCDE以外區(qū)域RGB顏色值；
若顏色為白、藍或白、紅則繼續(xù)增大半徑值，直至掃描半徑以外全為白色，半徑增長結束，如此掃描完FGHI區(qū)；
(7)、若掃描得白、藍色，則將藍色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心(ul, vl )，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼；
若掃描得白、紅兩色，則將紅色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼；
(8)、經(jīng)過以上步驟獲得AB⑶EFGHI區(qū)域顏色編碼，得到標定點對應的標定號；確定標定號即獲得標定點對應的激光切割機械臂坐標系下坐標(X，Y)。
[0014](9)、從獲得的標定點中抽取16個標定點作為Tsai兩步法的輸入?yún)?shù)(該16個點一般為外圍12個，里層4個。但由于工件會阻擋標定點，所以16個點抽取原則為外圍標定點數(shù)多于里層標定點數(shù))，求解出變化矩陣參數(shù)參數(shù)，得到由像素坐標系到機械手坐標系轉換的變換矩陣。每個像素坐標U，V)經(jīng)過變換矩陣轉換至機械手坐標系下(X，Y)，即獲得像素坐標與機械手坐標映射關系。
[0015]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種應用于智能激光切割的圖像自動標定方法，其特征在于在激光切割平臺的表面設定圓形標定點，每個標定點圓心位置表示激光切割機械臂坐標系下的一個坐標點，通過Tsai兩步法來獲得切割圖像像素坐標與激光切割機械臂坐標的對應關系，所述方法包括如下步驟: (1)、將每個標定點分為六、8、(:、04、？、6、!1、I不同的區(qū)域； 所述A區(qū)為以圓心為中心的中心圓，A區(qū)與標定點外圓外邊之間有一個內(nèi)圓，中心園與內(nèi)圓之間均分為B、C、D、E區(qū)，內(nèi)圓與外圓之間均分為F、G、H、I區(qū)； (2)每個標定點的區(qū)域內(nèi)有不同的顏色區(qū)分，通過不同區(qū)域顏色排列區(qū)分每個標定點，設白色為O，黃色為1，藍色為2，紅色為3 ； (3)、掃描圖像，提取各個標定點A區(qū)黃色圓，將組成各個A區(qū)圓的像素坐標求算術平均值作為圓心像素坐標(U，V); (4)、以A區(qū)圓心為中心，逐漸增大掃描半徑，判斷A區(qū)以外像素RGB顏色值；若顏色為白、藍或白、紅則繼續(xù)增大半徑值，直至出現(xiàn)其它顏色，半徑增長結束，如此掃描完BCDE區(qū)。 (5)、若掃描得白、藍色，則將藍色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心(ul, vl)，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位； 若ul>u, vl>v則藍色處于E區(qū)；ul>u, vl<v則藍色處于C區(qū)；ul〈u, vl<v則藍色處于B區(qū)；ul〈u, vl>v則藍色處于D區(qū)，確定B⑶E區(qū)顏色編碼； 若掃描得白、紅兩色，則將紅色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心，判別色塊重心在圓心(u，v)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼； (6)、繼續(xù)增大掃描半徑，判斷BCDE以外區(qū)域RGB顏色值； 若顏色為白、藍或白、紅則繼續(xù)增大半徑值，直至掃描半徑以外全為白色，半徑增長結束，如此掃描完FGHI區(qū)； (7)、若掃描得白、藍色，則將藍色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心(ul, vl)，判別色塊重心在圓心(U，V)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼； 若掃描得白、紅兩色，則將紅色區(qū)域的像素坐標求算術平均值作為色塊重心，判別色塊重心在圓心(u，v)的方位，確定B⑶E區(qū)顏色編碼； (8)、經(jīng)過以上步驟獲得ABCDEFGHI區(qū)域顏色編碼，得到標定點對應的標定號；確定標定號即獲得標定點對應的激光切割機械臂坐標系下坐標(X，Y)。(9)、從獲得的標定點中抽取16個標定點作為Tsai兩步法的輸入?yún)?shù)，求解出變換矩陣參數(shù)，得到由像素坐標系到機械臂坐標系轉換的變換矩陣；每個像素坐標(U，V)經(jīng)過變換矩陣轉換至機械臂坐標系下(X，Y)，即獲得像素坐標與機械臂坐標映射關系。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于智能激光切割的圖像自動標定方法，其特征在于在激光切割平臺的表面設定圓形標定點，每個標定點圓心位置表示激光切割機械臂坐標系下的一個坐標點，通過Tsai兩步法來獲得切割圖像像素坐標與激光切割機械臂坐標的對應關系。本發(fā)明省去了繁瑣的手動選取標定點過程，可通過平臺預先設有的標定點進行自動標定，節(jié)約了標定時間。
【IPC分類】G06T7/00
【公開號】CN105006000
【申請?zhí)枴緾N201510509740
【發(fā)明人】廖華麗, 傅昱平, 周軍, 瞿喜鋒, 田勝, 丁杰, 蔡藝超, 黃聰
【申請人】河海大學常州校區(qū)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年8月18日