工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)編程及基礎(chǔ)應(yīng)用-項(xiàng)目10-任務(wù)1 鋰電池標(biāo)定

工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)編程及基礎(chǔ)應(yīng)用PROJECT項(xiàng)目090810111213項(xiàng)目8外圍設(shè)備通訊與交互項(xiàng)目9鋰電池檢測(cè)項(xiàng)目10鋰電池測(cè)量項(xiàng)目11鋰電池識(shí)別項(xiàng)目12鋰電池引導(dǎo)抓取項(xiàng)目13前沿技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)用TASK任務(wù)1、鋰電池標(biāo)定任務(wù)一、相機(jī)標(biāo)定二、圖像標(biāo)定工具三、鋰電池標(biāo)定舉一些生活中或工業(yè)中視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用的實(shí)例。課前回顧1、相機(jī)標(biāo)定一、相機(jī)標(biāo)定相機(jī)標(biāo)定是確定世界坐標(biāo)到像素坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的過(guò)程。標(biāo)定技術(shù)主要依靠世界坐標(biāo)系中的一組點(diǎn)，它們的相對(duì)坐標(biāo)已知，且對(duì)應(yīng)的像平面坐標(biāo)也已知，通過(guò)物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系得到相機(jī)幾何模型參數(shù)，得到參數(shù)的過(guò)程稱(chēng)為相機(jī)標(biāo)定。在對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定前，為確定空間物體表面上點(diǎn)的三維幾何位置與其在二維圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，首先需要對(duì)相機(jī)成像模型進(jìn)行分析。在工業(yè)視覺(jué)中，相機(jī)模型通過(guò)一定的坐標(biāo)映射關(guān)系，將二維圖像上的點(diǎn)映射到三維空間。相機(jī)成像模型中涉及世界坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系、圖像像素坐標(biāo)系及圖像物理坐標(biāo)系四個(gè)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換。世界坐標(biāo)像素坐標(biāo)相機(jī)幾何模型參數(shù)二維圖像三維空間坐標(biāo)映射關(guān)系2、空間坐標(biāo)系一、相機(jī)標(biāo)定（1）世界坐標(biāo)系Ow-XwYwZw又稱(chēng)真實(shí)坐標(biāo)系，是在真實(shí)環(huán)境中選擇一個(gè)參考坐標(biāo)系來(lái)描述物體和相機(jī)的位置，如機(jī)械手基坐標(biāo)系；（2）相機(jī)坐標(biāo)系C-xyz是以相機(jī)的光心為坐標(biāo)原點(diǎn)，z軸與光軸重合、與成像平面垂直，x軸與y軸分別與圖像物理坐標(biāo)系的X軸和Y軸平行的坐標(biāo)系；（3）圖像像素坐標(biāo)系o-uv是建立在圖像中的平面直角坐標(biāo)系，單位為像素，用來(lái)表示各像素點(diǎn)在像平面上的位置，其原點(diǎn)位于圖像的左上角；（4）圖像物理坐標(biāo)系O-XY的原點(diǎn)是成像平面與光軸的交點(diǎn)，X軸和Y軸分別與相機(jī)坐標(biāo)系的x軸與y軸平行，通常單位為mm，即圖像的像素位置用物理單位來(lái)表示。工業(yè)視覺(jué)空間坐標(biāo)系之間的關(guān)系3、圖像像素坐標(biāo)系與圖像物理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換一、相機(jī)標(biāo)定本項(xiàng)目介紹的鋰電池測(cè)量，僅涉及到圖像像素坐標(biāo)系與圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，故此部分作重點(diǎn)講解，其他坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系不作介紹。圖像像素坐標(biāo)系與圖像物理坐標(biāo)系上述兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為轉(zhuǎn)換為矩陣齊次坐標(biāo)形式為o-uv為圖像像素坐標(biāo)系，o點(diǎn)與圖像左上角重合。該坐標(biāo)系以像素為單位，u、v為像素的橫、縱坐標(biāo)，分別對(duì)應(yīng)其在圖像數(shù)組中的列數(shù)和行數(shù)。O-XY為圖像物理坐標(biāo)系，其原點(diǎn)O在圖像像素坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(uo,vo)。dx與dy分別表示單個(gè)像素在橫軸X和縱軸Y上的物理尺寸4、標(biāo)定方法一、相機(jī)標(biāo)定從廣義上講，現(xiàn)有的相機(jī)標(biāo)定方法可以歸結(jié)為兩類(lèi)：傳統(tǒng)的相機(jī)標(biāo)定和相機(jī)自標(biāo)定。目前，傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定技術(shù)研究如何有效、合理地確定非線(xiàn)性畸變校正模型的參數(shù)以及如何快速求解成像模型等，而相機(jī)自標(biāo)定則研究在不需要標(biāo)定參照物情況下的方法。傳統(tǒng)的標(biāo)定技術(shù)需要相機(jī)拍攝一個(gè)三維標(biāo)定靶進(jìn)行標(biāo)定，而較新的標(biāo)定技術(shù)僅僅需要一些平面靶標(biāo)。從計(jì)算方法的角度，傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定主要分為線(xiàn)性標(biāo)定方法（透視變換矩陣和直接線(xiàn)性變換）、非線(xiàn)性標(biāo)定方法、兩步標(biāo)定方法和平面模板方法。TASK任務(wù)1、鋰電池標(biāo)定任務(wù)一、相機(jī)標(biāo)定二、圖像標(biāo)定工具三、鋰電池標(biāo)定1、標(biāo)定板類(lèi)型提供了圖像標(biāo)定是通過(guò)相機(jī)拍攝帶有固定間距圖案陣列平板，經(jīng)過(guò)標(biāo)定算法CogCalibCheckerboardTool的計(jì)算，可以得出相機(jī)的幾何模型，從而得到高精度的測(cè)量和重建結(jié)果。而帶有固定間距圖案陣列的平板就是標(biāo)定板，又稱(chēng)校正板。常見(jiàn)標(biāo)定板分為棋盤(pán)格和點(diǎn)網(wǎng)格兩種類(lèi)型，標(biāo)定板坐標(biāo)系的原點(diǎn)如下圖所示。棋盤(pán)格點(diǎn)網(wǎng)格二、圖像標(biāo)定工具2、常用棋盤(pán)格標(biāo)定板的特點(diǎn)和采集要求標(biāo)定板的特點(diǎn)如下：（1）黑白瓷塊必須以交叉圖案方式排列。（2）黑白瓷塊必須具有同樣的尺寸。（3）瓷塊必須為矩形，其縱橫比范圍是0.90~1.10。對(duì)所采集的標(biāo)定板圖像的要求為：（1）所采集的圖像必須包括至少9個(gè)完整瓷塊。（2）所采集的圖像中的瓷塊必須至少為15×15像素。（3）增加標(biāo)定板圖像中可見(jiàn)的瓷塊數(shù)量（通過(guò)減小校正板上瓷塊的尺寸），可提高校準(zhǔn)的精確度。二、圖像標(biāo)定工具3、CogCalibCheckerboardTool意義二、圖像標(biāo)定工具定位標(biāo)定板中的網(wǎng)格點(diǎn)，并計(jì)算實(shí)際坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)之間的最佳擬合2D轉(zhuǎn)換，并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換關(guān)系數(shù)據(jù)以備后用，該工具可以生成線(xiàn)性變換，也可以生成非線(xiàn)性變換，這也可以解釋光學(xué)和透視失真。計(jì)算完成后，二維轉(zhuǎn)換可用于后續(xù)圖像采集，將輸入圖像的未校準(zhǔn)坐標(biāo)空間映射到原始校準(zhǔn)坐標(biāo)空間，即：將這種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系附加到每個(gè)運(yùn)行時(shí)圖像的坐標(biāo)空間樹(shù)中。通過(guò)進(jìn)一步指定該空間原點(diǎn)的精確位置和方向，可以生成最終校準(zhǔn)的空間，然后將其傳遞給其他視覺(jué)工具。這樣視覺(jué)工具就可以輸出實(shí)際物理單位的測(cè)量結(jié)果。4、圖像標(biāo)定工具CogCalibCheckerboardTool的作用圖像標(biāo)定工具（即CogCalibCheckerboardTool，簡(jiǎn)稱(chēng)“CalibCheckerboard”）的基本作用有：計(jì)算圖像像素值和真實(shí)物理值（單位mm）之間的轉(zhuǎn)換；可以計(jì)算線(xiàn)性或者非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換（非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換說(shuō)明存在光學(xué)或者透視扭曲）；輸出經(jīng)過(guò)標(biāo)定坐標(biāo)系的圖像。二、圖像標(biāo)定工具5、CalibCheckerboardTool校正選項(xiàng)卡CalibCheckerboardTool校正選項(xiàng)卡界面用于確定2D轉(zhuǎn)換映射的類(lèi)型（線(xiàn)性或非線(xiàn)性），定義網(wǎng)格間距與要使用的度量單位之間的比率，來(lái)生成和定義標(biāo)定坐標(biāo)系。校正模式：主要可選擇線(xiàn)性和非線(xiàn)性的校正模式。默認(rèn)且常用線(xiàn)性校正模式，可下拉選擇要計(jì)算的自由度校正板：塊尺寸X/Y：標(biāo)定板水平/垂直網(wǎng)格間距，單位為mm特性搜尋器：可選擇棋盤(pán)格、詳盡棋盤(pán)格、點(diǎn)網(wǎng)格基準(zhǔn)符號(hào)：若標(biāo)定板圖像含有基準(zhǔn)符號(hào)則勾選，否則不勾選其他按鈕：抓取校正圖像：將標(biāo)定板圖像抓到工具中來(lái)計(jì)算校正：配置完成后，點(diǎn)擊此按鈕完成校正計(jì)算，左下角會(huì)提示綠色“已校正”字樣二、圖像標(biāo)定工具6、CalibCheckerboardTool點(diǎn)結(jié)果選項(xiàng)卡CalibCheckerboardTool點(diǎn)結(jié)果選項(xiàng)卡界面展示在標(biāo)定板中找到的所有頂點(diǎn)的未校正X/Y（像素坐標(biāo)）和已校正X/Y（標(biāo)定板坐標(biāo)），選中其中任一點(diǎn)結(jié)果，可在“Current.CalibrationImage”圖像緩沖區(qū)中顯示當(dāng)前點(diǎn)。二、圖像標(biāo)定工具7、CalibCheckerboardTool轉(zhuǎn)換結(jié)果選項(xiàng)卡CalibCheckerboardTool轉(zhuǎn)換結(jié)果選項(xiàng)卡界面顯示計(jì)算后的2D轉(zhuǎn)換詳細(xì)信息。轉(zhuǎn)換：可下拉顯示工具已計(jì)算出的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換類(lèi)型，一般為線(xiàn)性平面透視轉(zhuǎn)換：這些值描述了未校準(zhǔn)到原始校準(zhǔn)變換的平面透視屬性。如果2D轉(zhuǎn)換是線(xiàn)性的，這些字段將被禁用徑向轉(zhuǎn)換：描述了未校準(zhǔn)到原始校準(zhǔn)變換的徑向畸變特性。如果2D轉(zhuǎn)換是線(xiàn)性的，這些字段將被禁用線(xiàn)性轉(zhuǎn)換：這些值根據(jù)工具計(jì)算的2D變換類(lèi)型而變化，若為線(xiàn)性轉(zhuǎn)換，這些值表示從校準(zhǔn)到未校準(zhǔn)空間的整個(gè)變換。其中，縱橫比為計(jì)算后Y方向值與X方向上值的比值；傾斜越接近180度，相機(jī)與拍攝平面越垂直RMS誤差：此值為未校準(zhǔn)點(diǎn)與映射的原始校準(zhǔn)點(diǎn)之間的誤差，在未校準(zhǔn)空間中表示。在大多數(shù)情況下，當(dāng)校準(zhǔn)圖像顯示明顯的透視或徑向畸變時(shí)，RMS存在較大的誤差二、圖像標(biāo)定工具TASK任務(wù)1、鋰電池標(biāo)定任務(wù)一、相機(jī)標(biāo)定二、圖像標(biāo)定工具三、鋰電池標(biāo)定1、新建解決方案，并添加信號(hào)和取像三、鋰電池標(biāo)定新建解決方案，保存命名為“項(xiàng)目11-鋰電池測(cè)量-XXX”添加“內(nèi)部觸發(fā)”和“取像”工具，并相互鏈接新建解決方案，并保存為“項(xiàng)目10-任務(wù)1-四、圖像模板匹配與定位拓展應(yīng)用-XXX”添加“內(nèi)部觸發(fā)”和“取像”工具并相互鏈接2、配置取像工具三、鋰電池標(biāo)定雙擊打開(kāi)“取像”工具：源：文件文件：本地圖片“標(biāo)定板3mm.bmp”輸出格式：ICogImage運(yùn)行該工具，成功加載圖像注：若采用相機(jī)取像，則將標(biāo)定板實(shí)物放置于待測(cè)產(chǎn)品同高度的位置，進(jìn)行拍照取像3、添加ToolBlock并輸入圖像三、鋰電池標(biāo)定添加“ToolBlock”工具并相互鏈接，右擊該工具，點(diǎn)擊【運(yùn)行】雙擊打開(kāi)“ToolBlock”工具：1.點(diǎn)擊右側(cè)【

】添加輸入“Input1”；2.下拉選擇“取像”工具的“Image”4、添加CogImageConvertTool三、鋰電池標(biāo)定打開(kāi)“ToolBlock”工具欄，打開(kāi)“ImageProcessing”，添加“CogImageConvertTool”，并鏈接輸入圖像“Input1”5、添加CogCalibCheckerboardTool三、鋰電池標(biāo)定CogCalibCheckerboardTool添加：1.打開(kāi)“ToolBlock”工具欄，打開(kāi)“Calibration&Fixturing”，添加“CogCalibCheckerboardTool”2.輸入圖像，將圖像轉(zhuǎn)換后的灰度圖像輸入給該工具3.點(diǎn)擊“ToolBlock”運(yùn)行按鈕，將圖像傳入該工具6、配置CogCalibCheckerboardTool三、鋰電池標(biāo)定CogCalibCheckerboardTool配置：1.圖像緩沖區(qū)切換為“Current.CalibrationImage”2.點(diǎn)擊【抓取校正圖像】3.塊尺寸X:3；塊尺寸Y:34.其他參數(shù)為默認(rèn)7、計(jì)算校正三、鋰電池標(biāo)定5.點(diǎn)擊【計(jì)算校正】6.點(diǎn)擊運(yùn)行整個(gè)工具可以看到左下角提示變?yōu)榫G色的“已校正”8、查看標(biāo)定轉(zhuǎn)換結(jié)果三、鋰電池標(biāo)定右側(cè)圖像緩沖區(qū)切