工业视觉系统编程及基础应用-项目10-任务1 锂电池标定

工业视觉系统编程及基础应用PROJECT项目090810111213项目8外围设备通讯与交互项目9锂电池检测项目10锂电池测量项目11锂电池识别项目12锂电池引导抓取项目13前沿技术基础应用TASK任务1、锂电池标定任务一、相机标定二、图像标定工具三、锂电池标定举一些生活中或工业中视觉检测应用的实例。课前回顾1、相机标定一、相机标定相机标定是确定世界坐标到像素坐标之间转换关系的过程。标定技术主要依靠世界坐标系中的一组点，它们的相对坐标已知，且对应的像平面坐标也已知，通过物体表面某点的三维几何位置与其在图像对应点之间的相互关系得到相机几何模型参数，得到参数的过程称为相机标定。在对相机进行标定前，为确定空间物体表面上点的三维几何位置与其在二维图像中对应点之间的相互关系，首先需要对相机成像模型进行分析。在工业视觉中，相机模型通过一定的坐标映射关系，将二维图像上的点映射到三维空间。相机成像模型中涉及世界坐标系、相机坐标系、图像像素坐标系及图像物理坐标系四个坐标系间的转换。世界坐标像素坐标相机几何模型参数二维图像三维空间坐标映射关系2、空间坐标系一、相机标定（1）世界坐标系Ow-XwYwZw又称真实坐标系，是在真实环境中选择一个参考坐标系来描述物体和相机的位置，如机械手基坐标系；（2）相机坐标系C-xyz是以相机的光心为坐标原点，z轴与光轴重合、与成像平面垂直，x轴与y轴分别与图像物理坐标系的X轴和Y轴平行的坐标系；（3）图像像素坐标系o-uv是建立在图像中的平面直角坐标系，单位为像素，用来表示各像素点在像平面上的位置，其原点位于图像的左上角；（4）图像物理坐标系O-XY的原点是成像平面与光轴的交点，X轴和Y轴分别与相机坐标系的x轴与y轴平行，通常单位为mm，即图像的像素位置用物理单位来表示。工业视觉空间坐标系之间的关系3、图像像素坐标系与图像物理坐标系转换一、相机标定本项目介绍的锂电池测量，仅涉及到图像像素坐标系与图像物理坐标系之间的转换，故此部分作重点讲解，其他坐标系间的转换关系不作介绍。图像像素坐标系与图像物理坐标系上述两坐标系之间的转换关系为转换为矩阵齐次坐标形式为o-uv为图像像素坐标系，o点与图像左上角重合。该坐标系以像素为单位，u、v为像素的横、纵坐标，分别对应其在图像数组中的列数和行数。O-XY为图像物理坐标系，其原点O在图像像素坐标系下的坐标为(uo,vo)。dx与dy分别表示单个像素在横轴X和纵轴Y上的物理尺寸4、标定方法一、相机标定从广义上讲，现有的相机标定方法可以归结为两类：传统的相机标定和相机自标定。目前，传统相机标定技术研究如何有效、合理地确定非线性畸变校正模型的参数以及如何快速求解成像模型等，而相机自标定则研究在不需要标定参照物情况下的方法。传统的标定技术需要相机拍摄一个三维标定靶进行标定，而较新的标定技术仅仅需要一些平面靶标。从计算方法的角度，传统相机标定主要分为线性标定方法（透视变换矩阵和直接线性变换）、非线性标定方法、两步标定方法和平面模板方法。TASK任务1、锂电池标定任务一、相机标定二、图像标定工具三、锂电池标定1、标定板类型提供了图像标定是通过相机拍摄带有固定间距图案阵列平板，经过标定算法CogCalibCheckerboardTool的计算，可以得出相机的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果。而带有固定间距图案阵列的平板就是标定板，又称校正板。常见标定板分为棋盘格和点网格两种类型，标定板坐标系的原点如下图所示。棋盘格点网格二、图像标定工具2、常用棋盘格标定板的特点和采集要求标定板的特点如下：（1）黑白瓷块必须以交叉图案方式排列。（2）黑白瓷块必须具有同样的尺寸。（3）瓷块必须为矩形，其纵横比范围是0.90~1.10。对所采集的标定板图像的要求为：（1）所采集的图像必须包括至少9个完整瓷块。（2）所采集的图像中的瓷块必须至少为15×15像素。（3）增加标定板图像中可见的瓷块数量（通过减小校正板上瓷块的尺寸），可提高校准的精确度。二、图像标定工具3、CogCalibCheckerboardTool意义二、图像标定工具定位标定板中的网格点，并计算实际坐标和图像坐标之间的最佳拟合2D转换，并存储转换关系数据以备后用，该工具可以生成线性变换，也可以生成非线性变换，这也可以解释光学和透视失真。计算完成后，二维转换可用于后续图像采集，将输入图像的未校准坐标空间映射到原始校准坐标空间，即：将这种坐标转换关系附加到每个运行时图像的坐标空间树中。通过进一步指定该空间原点的精确位置和方向，可以生成最终校准的空间，然后将其传递给其他视觉工具。这样视觉工具就可以输出实际物理单位的测量结果。4、图像标定工具CogCalibCheckerboardTool的作用图像标定工具（即CogCalibCheckerboardTool，简称“CalibCheckerboard”）的基本作用有：计算图像像素值和真实物理值（单位mm）之间的转换；可以计算线性或者非线性转换（非线性转换说明存在光学或者透视扭曲）；输出经过标定坐标系的图像。二、图像标定工具5、CalibCheckerboardTool校正选项卡CalibCheckerboardTool校正选项卡界面用于确定2D转换映射的类型（线性或非线性），定义网格间距与要使用的度量单位之间的比率，来生成和定义标定坐标系。校正模式：主要可选择线性和非线性的校正模式。默认且常用线性校正模式，可下拉选择要计算的自由度校正板：块尺寸X/Y：标定板水平/垂直网格间距，单位为mm特性搜寻器：可选择棋盘格、详尽棋盘格、点网格基准符号：若标定板图像含有基准符号则勾选，否则不勾选其他按钮：抓取校正图像：将标定板图像抓到工具中来计算校正：配置完成后，点击此按钮完成校正计算，左下角会提示绿色“已校正”字样二、图像标定工具6、CalibCheckerboardTool点结果选项卡CalibCheckerboardTool点结果选项卡界面展示在标定板中找到的所有顶点的未校正X/Y（像素坐标）和已校正X/Y（标定板坐标），选中其中任一点结果，可在“Current.CalibrationImage”图像缓冲区中显示当前点。二、图像标定工具7、CalibCheckerboardTool转换结果选项卡CalibCheckerboardTool转换结果选项卡界面显示计算后的2D转换详细信息。转换：可下拉显示工具已计算出的一个或多个转换类型，一般为线性平面透视转换：这些值描述了未校准到原始校准变换的平面透视属性。如果2D转换是线性的，这些字段将被禁用径向转换：描述了未校准到原始校准变换的径向畸变特性。如果2D转换是线性的，这些字段将被禁用线性转换：这些值根据工具计算的2D变换类型而变化，若为线性转换，这些值表示从校准到未校准空间的整个变换。其中，纵横比为计算后Y方向值与X方向上值的比值；倾斜越接近180度，相机与拍摄平面越垂直RMS误差：此值为未校准点与映射的原始校准点之间的误差，在未校准空间中表示。在大多数情况下，当校准图像显示明显的透视或径向畸变时，RMS存在较大的误差二、图像标定工具TASK任务1、锂电池标定任务一、相机标定二、图像标定工具三、锂电池标定1、新建解决方案，并添加信号和取像三、锂电池标定新建解决方案，保存命名为“项目11-锂电池测量-XXX”添加“内部触发”和“取像”工具，并相互链接新建解决方案，并保存为“项目10-任务1-四、图像模板匹配与定位拓展应用-XXX”添加“内部触发”和“取像”工具并相互链接2、配置取像工具三、锂电池标定双击打开“取像”工具：源：文件文件：本地图片“标定板3mm.bmp”输出格式：ICogImage运行该工具，成功加载图像注：若采用相机取像，则将标定板实物放置于待测产品同高度的位置，进行拍照取像3、添加ToolBlock并输入图像三、锂电池标定添加“ToolBlock”工具并相互链接，右击该工具，点击【运行】双击打开“ToolBlock”工具：1.点击右侧【

】添加输入“Input1”；2.下拉选择“取像”工具的“Image”4、添加CogImageConvertTool三、锂电池标定打开“ToolBlock”工具栏，打开“ImageProcessing”，添加“CogImageConvertTool”，并链接输入图像“Input1”5、添加CogCalibCheckerboardTool三、锂电池标定CogCalibCheckerboardTool添加：1.打开“ToolBlock”工具栏，打开“Calibration&Fixturing”，添加“CogCalibCheckerboardTool”2.输入图像，将图像转换后的灰度图像输入给该工具3.点击“ToolBlock”运行按钮，将图像传入该工具6、配置CogCalibCheckerboardTool三、锂电池标定CogCalibCheckerboardTool配置：1.图像缓冲区切换为“Current.CalibrationImage”2.点击【抓取校正图像】3.块尺寸X:3；块尺寸Y:34.其他参数为默认7、计算校正三、锂电池标定5.点击【计算校正】6.点击运行整个工具可以看到左下角提示变为绿色的“已校正”8、查看标定转换结果三、锂电池标定右侧图像缓冲区切