标定板、基于编码定义的九点标定物体抓取方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于编码定义的九点标定物体抓取方法包括获取相机拍摄标定板得到的标定图像；对标定图像进行标定，得到基于相机坐标系的像素坐标；将机械手末端分别移动到标定板中9个标识区域中的目标点，以获得9个目标点对应的机械手坐标；根据像素坐标和机械手坐标求解旋转矩阵和位移矩阵；获取相机拍摄待抓取物体的相机图像，获取相机图像中基于相机坐标系的像素坐标；根据旋转矩阵和位移矩阵将像素坐标转换为机械手坐标，控制机械手抓取待抓取物体。该方法利用定义的编码在相机坐标系中确定九点的坐标位置，可以实现对图像中相机坐标系中9个目标点坐标精准有序的输出，同时可得出图像DPI，使得机械手对目标的抓取和识别更为精准有序。

【技术实现步骤摘要】
标定板、基于编码定义的九点标定物体抓取方法及系统
本专利技术属于相机标定
，具体涉及标定板、基于编码定义的九点标定物体抓取方法及系统。
技术介绍
在机器视觉的应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。目前常见的标定分为相机参数的标定与相机和机械手之间的标定，而九点标定就是直接建立相机和机械手之间的坐标变化关系，让机械手末端去走这九个点在机器人坐标系中的坐标，因此需要用相机识别九个点得到像素坐标，由于工业上对这九个点的输出存在无序，导致机械手识别与抓取时出现乱序。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供标定板、基于编码定义的九点标定物体抓取方法及系统，根据编码有序输出九点坐标，使得机械手对目标的抓取和识别更为精准有序。第一方面，一种标定板，所述标定板被若干条平行的垂直线和若干条平行的水平线分割成多个方格，方格颜色为黑色或白色；所述标定板上设有9个标识区域，其中每个标识区域由若干个黑色方格和若干个白色方格构成不同的图案，每个识别区域设有多个标识不同方向的编码；标定板中除标识区域以外的方格中，相邻的方格颜色不同。第二方面，一种基于编码定义的九点标定物体抓取方法，包括以下步骤：获取相机拍摄第一方面所述标定板得到的标定图像；对所述标定图像进行标定，得到基于相机坐标系的像素坐标；将机械手末端分别移动到标定板中9个标识区域中的目标点，以获得与9个标识区域中目标点对应的基于机械手坐标系的机械手坐标；根据所述像素坐标和机械手坐标求解旋转矩阵和位移矩阵；获取相机拍摄待抓取物体的相机图像，获取相机图像中基于相机坐标系的像素坐标；根据得到的旋转矩阵和位移矩阵将相机图像中像素坐标转换为机械手坐标；根据所述机械手坐标控制机械手抓取待抓取物体。优选地，所述对所述标定图像进行标定具体包括：识别出标定图像中的垂直线和水平线；根据识别区域的编码识别出标定图像上标识区域中目标点；根据得到的目标点进行标定。优选地，所述识别出标定图像中的垂直线和水平线具体包括：根据标定图像生成X方向梯度图像、Y方向梯度图像和旋转角度；根据所述旋转角度求出对应的旋转向量；利用旋转向量，将所述X方向梯度图像上的点投影到Y方向上，将所述Y方向梯度图像上的点投影到X方向上，分别获得X方向投影点坐标值和Y方向投影点坐标值，从所述X方向投影点坐标值和Y方向投影点坐标值筛选出第一目标投影点，进行第一次拟合；从经过第一次拟合得到的第一直线中筛选出第二目标投影点，进行二次拟合，识别出标定图像中的所述垂直线和水平线。优选地，所述旋转角度包括X方向旋转角度和Y方向旋转角度；所述根据标定图像生成X方向梯度图像、Y方向梯度图像和旋转角度具体包括：获取所述标定图像对应的二维函数，对所述二维函数分别进行X方向和Y方向上的求导，获得所述X方向梯度图像和Y方向梯度图像；执行旋转角度步骤，生成X方向旋转角度和Y方向旋转角度，当X方向旋转角度和Y方向旋转角度相差没有落入预设的重新生成阈值范围内时，删除得到的X方向旋转角度和/或Y方向旋转角度，重新执行旋转角度步骤，生成X方向旋转角度和/或Y方向旋转角度，直至生成差值落入重新生成阈值范围内的X方向旋转角度和Y方向旋转角度；所述旋转角度步骤包括：获取所述X方向梯度图像中像素值位于预设梯度范围内像素点的角度值，统计每个像素点对应的角度值的累计数量，定义累计数量最高的像素点对应的角度值为X方向旋转角度；获取所述Y方向梯度图像中像素值位于所述梯度范围内像素点的角度值，统计每个像素点对应的角度值的累计数量，定义累计数量最高的像素点对应的角度值为Y方向旋转角度。优选地，所述从所述X方向投影点坐标值和Y方向投影点坐标值筛选出第一目标投影点具体包括：对所述X方向投影点坐标值和Y方向投影点坐标值进行统计，以获得X方向直方图和Y方向直方图；分别运用预设的平滑矩阵对所述X方向直方图和Y方向直方图进行平滑处理，根据平滑处理结果分别提取出X方向和Y方向上每个周期下的极大值，对得到的所述极大值进行筛选后，定义筛选后得到的极大值对应的投影点为所述第一目标投影点；对筛选出来的极大值进行分析，统计相邻两个极大值之间的像素长度，提取出现次数最多的像素长度，定义为标准间距值。优选地，所述进行第一次拟合具体包括：分别获取X方向上和Y方向上第一目标投影点对应的原始坐标点；分别根据所述原始坐标点拟合得到所述X方向上的第一直线和Y方向上的第一直线。优选地，所述从经过第一次拟合得到的第一直线中筛选出第二目标投影点，进行二次拟合，识别出标定图像中的所述垂直线和水平线具体包括：对所述第一直线进行修正，计算第一目标投影点对应的原始坐标值与修正后的第一直线的距离，根据得到的距离从第一目标投影点中筛选出X方向上和Y方向上第二目标投影点；分别获取X方向上和Y方向上第二目标投影点对应的原始坐标值；分别根据所述原始坐标值拟合得到所述垂直线和水平线。优选地，所述根据识别区域的编码识别出标定图像上标识区域中目标点具体包括：根据预设的直线交点计算公式计算标定图像的交点坐标；根据相邻交点之间的坐标差定义每个方格；设定一个与标识区域大小相同的滑动窗口，利用所述滑动窗口在所述标定图像中滑动，根据连续颜色相同的方格个数识别出标识区域对应的编码，依次输出标识区域的目标点。第三方面，一种基于编码定义的九点标定物体抓取系统，包括：相机：用于进行拍摄，并拍摄后得到的图像传输给标定设备；标定设备：用于获取相机拍摄权利要求1所述标定板得到的标定图像；对所述标定图像进行标定，得到基于相机坐标系的像素坐标；根据九个目标点的像素坐标和与九个目标点对应的机械手坐标求解旋转矩阵和位移矩阵；标定设备还用于获取相机拍摄待抓取物体的相机图像，获取相机图像中基于相机坐标系的像素坐标；根据得到的旋转矩阵和位移矩阵将相机图像中像素坐标转换为机械手坐标，将该机械手坐标传输给机械手；机械手：其末端当移动到标定板中9个标识区域中的目标点时，获得与9个标识区域中目标点对应的基于机械手坐标系的机械手坐标，并将该机械手坐标传输给标定设备；机械手还用于根据标定设备下发的所述机械手坐标抓取待抓取物体。由上述技术方案可知，本专利技术提供的标定板，标定板上标识区域内包含了由一定数量的黑色方格和白色方格组成的不同形状，对标识区域进行编码时，可以根据方向进行编码。方法及系统基于不同形状编码提取目标点，利用定义的编码，在相机坐标系中确定九点的坐标位置，可以实现对图像中九个目标点精准有序的输出，同时计算得到图像DPI，使得机械手对目标的抓取和识别更为精准有序。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种标定板，其特征在于，/n所述标定板被若干条平行的垂直线和若干条平行的水平线分割成多个方格，方格颜色为黑色或白色；所述标定板上设有9个标识区域，其中每个标识区域由若干个黑色方格和若干个白色方格构成不同的图案，每个识别区域设有多个标识不同方向的编码；/n标定板中除标识区域以外的方格中，相邻的方格颜色不同。/n

【技术特征摘要】
1.一种标定板，其特征在于，
所述标定板被若干条平行的垂直线和若干条平行的水平线分割成多个方格，方格颜色为黑色或白色；所述标定板上设有9个标识区域，其中每个标识区域由若干个黑色方格和若干个白色方格构成不同的图案，每个识别区域设有多个标识不同方向的编码；
标定板中除标识区域以外的方格中，相邻的方格颜色不同。


2.一种基于编码定义的九点标定物体抓取方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取相机拍摄权利要求1所述标定板得到的标定图像；
对所述标定图像进行标定，得到基于相机坐标系的像素坐标；
将机械手末端分别移动到标定板中9个标识区域中的目标点，以获得与9个标识区域中目标点对应的基于机械手坐标系的机械手坐标；
根据所述像素坐标和机械手坐标求解旋转矩阵和位移矩阵；
获取相机拍摄待抓取物体的相机图像，获取相机图像中基于相机坐标系的像素坐标；
根据得到的旋转矩阵和位移矩阵将相机图像中像素坐标转换为机械手坐标；
根据所述机械手坐标控制机械手抓取待抓取物体。


3.根据权利要求2所述基于编码定义的九点标定物体抓取方法，其特征在于，所述对所述标定图像进行标定具体包括：
识别出标定图像中的垂直线和水平线；
根据识别区域的编码识别出标定图像上标识区域中目标点；
根据得到的目标点进行标定。


4.根据权利要求3所述基于编码定义的九点标定物体抓取方法，其特征在于，所述识别出标定图像中的垂直线和水平线具体包括：
根据标定图像生成X方向梯度图像、Y方向梯度图像和旋转角度；
根据所述旋转角度求出对应的旋转向量；利用旋转向量，将所述X方向梯度图像上的点投影到Y方向上，将所述Y方向梯度图像上的点投影到X方向上，分别获得X方向投影点坐标值和Y方向投影点坐标值，从所述X方向投影点坐标值和Y方向投影点坐标值筛选出第一目标投影点，进行第一次拟合；
从经过第一次拟合得到的第一直线中筛选出第二目标投影点，进行二次拟合，识别出标定图像中的所述垂直线和水平线。


5.根据权利要求4所述基于编码定义的九点标定物体抓取方法，其特征在于，
所述旋转角度包括X方向旋转角度和Y方向旋转角度；
所述根据标定图像生成X方向梯度图像、Y方向梯度图像和旋转角度具体包括：
获取所述标定图像对应的二维函数，对所述二维函数分别进行X方向和Y方向上的求导，获得所述X方向梯度图像和Y方向梯度图像；
执行旋转角度步骤，生成X方向旋转角度和Y方向旋转角度，当X方向旋转角度和Y方向旋转角度相差没有落入预设的重新生成阈值范围内时，删除得到的X方向旋转角度和/或Y方向旋转角度，重新执行旋转角度步骤，生成X方向旋转角度和/或Y方向旋转角度，直至生成差值落入重新生成阈值范围内的X方向旋转角度和Y方向旋转角度；
所述旋转角度步骤包括：获取所述X方向梯度图像中像素值位于预设梯度范围内像素点的角度值，统计每个像素点对应的角度值的累计数量，定义累计数量最高的像素点对应的角度值为X方向旋转角度；获取所述Y方向梯度图像中像素值位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈顺，邓亮，陈先开，冯良炳，
申请(专利权)人：深圳辰视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44