0018]圖6是一個示意性的平面圖，說明在一個示例性實(shí)施例中用于其視覺系統(tǒng)的一個兩軸運(yùn)動臺體；
[0019]圖7是一個示意性的平面圖，說明在一個示例性實(shí)施例中用于其視覺系統(tǒng)的一個XXY類型運(yùn)動臺體。
【具體實(shí)施方式】
[0020]1.手眼校準(zhǔn)，進(jìn)一步的考慮
[0021]傳統(tǒng)的手眼校準(zhǔn)，無論是手動執(zhí)行，還是在一個視覺系統(tǒng)內(nèi)，都必需在觀察到的影像特征位置和它們的期望物理位置之間建立對應(yīng)關(guān)系，并使觀察到的位置和期望位置之間的差異最小化。在示例性實(shí)施例中，線性特征等的使用，都借用了傳統(tǒng)的手眼校準(zhǔn)的各個方面，不過強(qiáng)調(diào)了更多的考慮。這些考慮起因于按原先技術(shù)執(zhí)行的傳統(tǒng)的手眼校準(zhǔn)中可用的校準(zhǔn)特征與使用了運(yùn)行時刻所制物體及有選擇的線性特征的新穎校準(zhǔn)方法之間的差異。這些差異主要涉及對應(yīng)關(guān)系的類型，反過來，對應(yīng)關(guān)系類型導(dǎo)致計(jì)算的不同方式并使所獲圖像中所觀察到的數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)之間的差異最小化。
[0022]先前的技術(shù)趨于使用完全指定特征沿X和Y軸的2D位置的“點(diǎn)數(shù)據(jù)”。請注意，在三維手眼校準(zhǔn)中，點(diǎn)數(shù)據(jù)完全地指定一個特征的三維位置。然而，該示例性實(shí)施例描述一個平面內(nèi)的二維手眼校準(zhǔn)，因此所作考慮主要適用于二維(2D)環(huán)境，將在下面進(jìn)一步描述。例如，如果特征是一個圓盤，則“點(diǎn)數(shù)據(jù)”包括其中心的X和I坐標(biāo)?？梢灶A(yù)期第三維度能夠利用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)加入進(jìn)來。在劉剛(GANG LIU)等的名為“使用不準(zhǔn)確的校準(zhǔn)目標(biāo)的機(jī)器視覺系統(tǒng)”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請?zhí)?3/835，759中，講授并描述了一種帶有與一個點(diǎn)對點(diǎn)距離度量有關(guān)的相伴方程的解決方案，該方案參考了大衛(wèi)J.邁克(David J.Michael)等的名為“確定一個相機(jī)和一個可移動物體間校準(zhǔn)關(guān)系的基于NONFEEDBACK的機(jī)器視覺方法”的專利(美國專利號5，960，125)，每一個教導(dǎo)都以參考的形式清楚地結(jié)合進(jìn)來，作為有用的背景信息。
[0023]示例性的實(shí)施例采用“線性數(shù)據(jù)”，只部分地指定了一個特征在x-y平面中的二維(2D)位置。即在一條直線(線性特征)延伸通過一個相機(jī)整個視野(FOV)的情況下，相機(jī)沒有對示例性的直線的終點(diǎn)成像。更具體地講，相機(jī)缺乏關(guān)于直線終點(diǎn)的任何信息源。因此，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)，相機(jī)和相關(guān)的視覺系統(tǒng)只可以確定沿法線方向的直線位置(與圖像中直線/線性特征的延長線垂直)，但是缺乏數(shù)據(jù)來確定實(shí)際成像的是直線的哪一段。事實(shí)上，如果相機(jī)沿著直線方向被移動，則所獲取的圖像將保持完全相同。因此，相機(jī)和視覺系統(tǒng)包括只能確定沿一個維度的線段位置的數(shù)據(jù)(與線段的延長線垂直)。如此，當(dāng)試圖對應(yīng)一個觀察得到的線性特征與一個期望的線性特征時，沿著線性特征延長線的兩個特征(觀察的和預(yù)期的)的相對變換沒有有用的信息。這是試圖校準(zhǔn)直線時的一個關(guān)鍵差別，其位置數(shù)據(jù)只有沿直線的法線可用，而不是使用點(diǎn)數(shù)據(jù)的更傳統(tǒng)的校準(zhǔn)那樣，其位置數(shù)據(jù)在兩個垂直的維度都可用(即沿著X和y軸)。通過非限制性實(shí)例，計(jì)算點(diǎn)到線距離的公式可定義如下:
[0024]d = u*y_v*x_r
[0025]其中，(X，y)指定給定的點(diǎn)的位置。(r, U，V)參數(shù)化一個給定線,其中(U，V)是其單位長度方向矢量，而r是離原點(diǎn)(0，0)的帶符號垂直距離。d是所述點(diǎn)到線的帶符號的垂直距離。應(yīng)注意當(dāng)且僅當(dāng)d = O時所述點(diǎn)會準(zhǔn)確落在所述線上。還請注意，可以想到的是，上述等式僅表示指定一個點(diǎn)線對應(yīng)關(guān)系的多種技術(shù)之一。基于此處的教導(dǎo)，特別考慮了對技術(shù)人員應(yīng)該是清楚的技術(shù)。
[0026]通過實(shí)例和比較，在傳統(tǒng)的手眼校準(zhǔn)視覺系統(tǒng)中，校準(zhǔn)過程操作按一種相對簡單的方式來計(jì)算兩點(diǎn)間距，一個由觀察圖像位置推導(dǎo)獲得，另一個由預(yù)期位置推導(dǎo)獲得。所述計(jì)算產(chǎn)生相機(jī)運(yùn)行時刻操作時使用的必要校準(zhǔn)參數(shù)。然而，基于線性數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)參數(shù)是截然不同的，因?yàn)樵撔?zhǔn)方法/算法使用了所謂的點(diǎn)到線度量，其為從一個給定點(diǎn)到給定線的垂直距離。從所述圖像中觀察的線段上的任何點(diǎn)可作為所述點(diǎn)，其中所述點(diǎn)作為相應(yīng)觀察所得數(shù)據(jù)的角色。一條預(yù)期線是所觀察物體(部件)邊緣的假定模型，受特定運(yùn)動臺體姿態(tài)影響，在此姿態(tài)圖像被獲取。從所述點(diǎn)到所述線的距離是手眼校準(zhǔn)理論試圖最小化的差異。這種一般化方法將在下面進(jìn)一步描述。
[0027]根據(jù)使用線性特征校準(zhǔn)的示例性實(shí)施例，一個目標(biāo)是在使用所制運(yùn)行時刻物體時允許校準(zhǔn)出現(xiàn)一即在一個實(shí)際的制造/處理過程期間一個或多個物體被成像和操作，而不是使用一個有目的建造的校準(zhǔn)物體。這種校準(zhǔn)假定包括某些具有線性特征的邊緣、框架等部件。使用一個所制運(yùn)行時刻物體可提高操作的便利并避免停機(jī)和在場景中部署一個校準(zhǔn)物體和相關(guān)的運(yùn)動臺體的相伴成本。通常，物體的幾何形狀要求并不嚴(yán)格，并且常常不希望在使用它校準(zhǔn)前精確測量其幾何形狀。
[0028]一個特殊校準(zhǔn)物體和一個所制物體(用于校準(zhǔn))兩者都可包括一個或多個適合視覺系統(tǒng)方法/算法來提取的影像特征。使用一個專用校準(zhǔn)物體和一個運(yùn)行時刻物體之間的關(guān)鍵區(qū)別是典型情況下缺乏特征(一般多重)間相對的空間關(guān)系方面的可用的精確尺寸。如果這樣的度量在一個物體運(yùn)行時刻可以獲得，一般精度都非常低，因此，如果用作常規(guī)的校準(zhǔn)物體，將對校準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生大的誤差。因此，根據(jù)示例性實(shí)施例，手眼校準(zhǔn)(以及相關(guān)的校準(zhǔn)處理/處理器)通?？梢灶A(yù)先不知道運(yùn)行時刻物體的幾何形狀。所述處理/處理器為作為手眼校準(zhǔn)過程一部分的成像物體上的觀察所得直線(線性特征)推導(dǎo)出適當(dāng)?shù)牡仁?，且不用輸入任何精確測量的幾何形狀，比如部件的寬度或高度。以這種方式，按照此處示例性實(shí)施例，使用最小的先驗(yàn)信息并使用正常通過運(yùn)動臺體場景的物體，利用在一個或多個方向上沿著(例如)x_y平面的運(yùn)動(其也用于臺體運(yùn)行時刻操作)，校準(zhǔn)處理/處理器為相機(jī)和相關(guān)的視覺系統(tǒng)推導(dǎo)出適當(dāng)?shù)男?zhǔn)參數(shù)這使特別地建造校準(zhǔn)物體的需求最小化或徹底消除，固定件諸如此類及替代品依賴臺體的可用運(yùn)動和反饋能力。
[0029]注意，通常示例性實(shí)施例在此指“平面的”或2D手眼校準(zhǔn)一即校準(zhǔn)過程使用線性特征操作物體沿著一個平面(例如x，y)進(jìn)行運(yùn)動。適當(dāng)時可以指定一個或多個高度(例如Z軸)值，但是通常對于沿著一個平面的給定校準(zhǔn)測量集是不變的。
[0030]I1.說明性視覺系統(tǒng)布置
[0031]通過非限制性實(shí)例，圖1顯示了一個一般化制造布置100，其中一個第一物體或工件110由一個運(yùn)動機(jī)械手和/或運(yùn)動臺體組件120懸掛于一個第二物體或工件112之上。在各種實(shí)施例中，第一工件110可以是一個透明窗體或其它面狀構(gòu)造，第二工件112可以是一個框架或殼體，被構(gòu)造或布置為永久性地在一個組裝步驟中接受第一工件110。第一工件之整個或部分表面可以是透明的(如圖所示)、半透明或不透明。下面進(jìn)一步描述工件110，112在未裝配和裝配后的配置情況。第二工件112位于一個運(yùn)動臺體(可包括一個部件運(yùn)送器)121上，其按照該領(lǐng)域的技巧在一個運(yùn)動臺體控制器和相關(guān)的控制過程124控制下沿多個方向(箭頭122)之每個方向運(yùn)動。所述方向122可表征為在xy平面內(nèi)的X軸和Y軸平移(或移動)，以及垂直于xy平面的Z軸(可選)平移(移動)。同樣地，可以出現(xiàn)至少圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動R。在一個示例性布置中，所述機(jī)械手組件120可被構(gòu)造和布置為沿著至少一個軸(Z)運(yùn)動(箭頭130)，且可選地沿著X和/或7軸運(yùn)動。可選地，在物體110和112組合期間使用的所有Z軸動作可由所述運(yùn)動臺體本身執(zhí)行。所述運(yùn)動臺體平移的方向，和所述運(yùn)動臺體121運(yùn)動的方向可看作視覺系統(tǒng)相機(jī)在“運(yùn)動坐標(biāo)系”中的坐標(biāo)軸，其在使用了適當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)行離線(非運(yùn)行時刻)校準(zhǔn)過程中都得到校準(zhǔn)(下面進(jìn)一步描述)。一種替代性布置100可包括繞X軸/或y軸規(guī)定的旋轉(zhuǎn)(即“傾斜”)。
[0032]所述布置100至少包括一個，示例為四個視覺系統(tǒng)相機(jī)140，142，144和146，每個都帶有各自的圖像傳感器(簡稱“傳感器”)150，152，154和156。每個傳感器150，152，154和156通過各個鏡頭組件160，162，164和166在其視野內(nèi)接收來自一個圖像場景的光。所述場景由一個或多個照明組件170，172，174和176照亮，其可通過所述各個相機(jī)140，142，144和146的處理器選通。一個或多個所述照明組件可以是“內(nèi)部的”，比如一個相機(jī)殼體內(nèi)攝相機(jī)鏡頭周圍的環(huán)形發(fā)光器，或一個或多個所述照明組件可以是外部的，適當(dāng)布置后在所述場景中提供可接受的照明效果以使閉塞和其它不受歡迎的效果(比如由于表面的鏡面反射)最小化?？梢蕴峁┍葓D1所述布置100描述的更多或更少的發(fā)光器。另外，盡管所述相機(jī)140,142,144和146被描述為其光軸OA與場景傾斜布置(對z軸成銳角)，在替代性實(shí)施例中，每個相機(jī)的光軸OA可與z軸大體對齊(即在軸)。通常，如果實(shí)際可行，所述相機(jī)布置為能提供完整的、無阻擋的兩個工件110和112的邊緣視圖。