一种视觉定位激光打标系统校正方法

摘要

本发明公开了一种视觉定位激光打标系统校正方法，包括下列步骤，校正振镜，使得激光打标效果没有畸变；调节打标坐标缩放倍数和振镜偏转角度，得到以打标对象为参考且与之完全一致的影像显示；在打标对象上确定待校正打标区域，比对打标对象与影像显示的位置，确定待校正显示区域的裁剪起始点，调整待校正显示区域的位置，使得待校正打标区域与待校正显示区域的位置完全一致，从而最终实现裁剪后的待校正显示区域与待校正打标区域的集成化显示。本发明技术方案的方法，克服了现有技术中校正方式精度低，人员工作量较大的缺点，采用打标对象与影像显示集成化显示的方式，实现了打标系统与影像系统的高精度校正，可以满足目前所有行业的视觉定位打标精度要求。

权利要求

1.一种视觉定位激光打标系统校正方法，其特征在于，包括下列步骤，S1校正振镜，对打标效果进行调节，使得激光打标效果没有畸变；

S2调节打标坐标缩放倍数，调整影像显示的大小使其与打标对象一致；

S3调节振镜偏转角度，调整影像显示的角度使其与打标对象一致；以此方式，可以得到以打标对象为参考且与之完全一致的影像显示；

S4在打标对象上确定待校正打标区域，比对打标对象与影像显示的位置，在影像显示上确定待校正显示区域的裁剪区域起始点，调整待校正显示区域的位置，使得待校正打标区域与待校正显示区域的位置完全一致，从而最终实现裁剪后的待校正显示区域与待校正打标区域的集成化显示；

其中，所述步骤S4中裁剪区域起始点位置确定的具体步骤包括，S41确定裁剪区域起始点初始位置；

S42根据打标对象与影像显示位置的比对结果，水平微调裁剪区域起始点位置；

S43根据打标对象与影像显示位置的比对结果，竖直微调裁剪区域起始点位置；

S44比对打标对象与影像显示位置，若两者位置一致，停止微调，确定裁剪区域起始点位置；若两者位置不一致，返回步骤S42。

2.根据权利要求1所述的视觉定位激光打标系统校正方法，其中，所述步骤S4中裁剪区域起始点初始位置为其中，原始帧图像尺寸为M×N，裁剪区域起始点初始位置为(A,B)，裁剪区域长、宽分别为l、ω，且0＜A+l＜M、0＜B+ω＜N。

3.根据权利要求1所述的视觉定位激光打标系统校正方法，其中，所述水平微调和/或竖直微调距离为1，所述裁剪区域起始点位置每次水平或竖直移动1个单位长度。

4.根据权利要求2所述的视觉定位激光打标系统校正方法，其中，裁剪区域长为l，l的取值范围优选为原始帧图像长度的0.8倍～0.9倍。

5.根据权利要求1或2所述的视觉定位激光打标系统校正方法，其中，裁剪区域宽为ω，ω的取值范围优选为原始帧图像宽度的0.8倍～0.9倍。

6.一种视觉定位激光打标校正系统，其特征在于，包括

振镜校正模块，用于校正振镜，对打标效果进行调节，使得激光打标效果没有畸变；

影像大小调整模块，用于调节打标坐标缩放倍数，调整打标对象与影像显示的大小使其一致；

影像角度调整模块，用于调节振镜偏转角度，调整打标对象与影像显示的角度使其一致；以此方式，可以得到以打标对象为参考且与之完全一致的影像显示；

影像位置调整模块，用于在打标对象上确定待校正打标区域，比对打标对象与影像显示的位置，在影像显示上确定待校正显示区域的裁剪区域起始点，调整待校正显示区域的位置，使得待校正打标区域与待校正显示区域的位置完全一致，从而最终实现裁剪后的待校正显示区域与待校正打标区域的集成化显示；

其中所述影响位置调整模块通过如下步骤对裁剪区域起始点位置进行确定：S41确定裁剪区域起始点初始位置；

S42根据打标对象与影像显示位置的比对结果，水平微调裁剪区域起始点位置；

S43根据打标对象与影像显示位置的比对结果，竖直微调裁剪区域起始点位置；

S44比对打标对象与影像显示位置，若两者位置一致，停止微调，确定裁剪区域起始点位置；若两者位置不一致，返回步骤S42。

说明书

一种视觉定位激光打标系统校正方法

技术领域

[0001] 本发明属于激光装备技术及视觉校正领域，具体涉及一种视觉定位激光打标系统校正方法。

背景技术

[0002] 在传统激光打标系统中加入视觉技术是激光装备智能化发展的大势所趋，也是现代自动化生产的迫切需求。理想中的视觉定位打标系统，是将影像显示与打标功能集成化，并结合图像处理技术组成的，其不仅可以“看见”，并且“会思考”，能够有效解决了批量不规则打标中夹具设计制造困难导致的供料难、定位差、速度慢等问题。在实际的系统搭建过程中，由于光路与结构安装难免产生误差，以及变焦镜头变焦过程中产生的随机误差，打标对象与影像显示难以通过硬件调节实现精准匹配，以及实际误差影响因素难以控制等原因，往往出现打标位置与影像显示位置产生偏差的现象，导致视觉定位打标精度的下降。也就是实际的打标位置与影响显示中预期打标位置之间产生了误差，激光的实际打标位置与影像显示的位置不一致。典型偏差效果如图1所示，其具有包括打标对象位置、打标区域大小、以及显示图像旋转在内的多种误差。

[0003] 针对这种偏差，传统的校正方法主要是通过纯光学、机电系统原理的分析，如光的折射特性、反射特性、聚焦特性、振镜偏转、传动系统、模数转换等误差的分析，通过计算从而推导出一套有理论基础的校正公式，用于对标记系统的激光进行校正，以便使图形正确地加工到产品上。但实际上由于光学器件、机电器件本身误差的存在，在标记范围较大时，各种误差被组合在一起放大，导致打标系统的校正精度不能满足某些高精度需求。此外传统的校正公式是线性校正，而实际中在距离标记中心相等的距离位置，不同区域精度也不一样，有的区域精度高，有的区域精度低，因此采用线性的校正公式亦会造成偏差。除此之外，传统的校正方法还会采用人工硬件调节方式改善打标精度，其通过微调镜头与相机相对位置使打标对象与影像位置逐渐趋于对准。这种校正方法下，显示图像与打标对象之间并不是同步显示。具体来说，显示图像只显示当前图像内容，当需要根据该显示图像对打标对象进行调整的时候，需要单独针对打标对象进行操作，这种操作并不能够实时反映到显示图像上。从而导致一次操作完成后，需要再次生成显示图像以确定本次操作是否符合预期。这种校正方式精度低，人员工作量较大，难以满足一些高精度产品的测量需求。

发明内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种视觉定位激光打标系统校正方法。本发明技术方案的方法，针对现有技术中显示图像只显示当前图像内容，无法根据打标调整结果实时反映在显示图像上的的情况，采用对影像显示和打标对象进行大小、角度以及位置校正，可以实现影像显示与打标对象集成化，使得打标调整结果可以实时反映到影像显示上来。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种视觉定位激光打标系统校正方法，其特征在于，包括下列步骤，

[0006] S1校正振镜，对打标效果进行调节，使得激光打标效果没有畸变；

[0007] S2调节打标坐标缩放倍数，调整打标对象与影像显示的大小使其一致；

[0008] S3调节振镜偏转角度，调整打标对象与影像显示的角度使其一致；以此方式，可以得到以打标对象为参考且与之完全一致的影像显示；

[0009] S4在打标对象上确定待校正打标区域，比对打标对象与影像显示的位置，在影像显示上确定待校正显示区域的裁剪起始点，调整待校正显示区域的位置，使得待校正打标区域与待校正显示区域的位置完全一致，从而最终实现裁剪后的待校正显示区域与待校正打标区域的集成化显示。

[0010] 振镜校正是进行视觉定位激光打标的重要基础，主要是为了保证打标对象无畸变，也就是打标界面上实际产生的结果和预期是一致的，举例来说就是，如果打标对象上是直线条，则影像显示也是直线，而不能是曲线。在此基础上，需要对摄像机拍摄的影像显示和打标对象之间的误差进行校正。影像显示和打标对象之间的误差主要包括大小、角度和位置。具体来说，影像显示的大小和实际的打标对象大小可能会具有一定的差异，调节打标坐标的缩放倍数，可以使得影像显示的大小与真实的打标对象的尺寸一致。由于相机拍摄的影像与真实对象之间可能存在一定的偏转，因此影像显示与打标对象之间可能会具有角度的偏差，也就是影像显示与打标对象之间存在旋转夹角，通过调节振镜偏转角度，可以调节影像显示与打标对象之间的角度误差。为了对影像显示和打标对象进行更加准确的区域校正，最终实现影像显示与打标对象之间的集成化显示，还需要实现影像显示与打标对象的位置一致，从而使得打标界面上的具体操作可以如实地反映到影像显示界面上来。也就是说，对于打标对象上确定区域进行校正时，同时划分出影像显示上对应的区域，进一步将打标对象上待校正打标区域的打标过程实时显示到对应的待校正显示区域上来，通过这种集成化显示，从而实现对于打标过程的校正。本发明技术方案中，采取了调整裁剪起始点的方法，针对裁剪起始点初始位置，通过比对影像显示与打标对象的相对位置，在水平和竖直方向上进行微调，每次调节后都重新比对待校正打标区域与待校正显示区域的位置，直至最后两者完全吻合，裁减出来的待校正显示区域与待校正打标区域完全一致，从而实现裁剪后的图像与打标界面的集成化显示。

[0011] 作为本发明技术方案的一个优选，步骤S4中裁剪区域起始点位置确定的具体步骤包括，

[0012] S41确定裁剪区域起始点初始位置；

[0013] S42根据打标对象与影像显示位置的比对结果，水平微调裁剪区域起始点位置；

[0014] S43根据打标对象与影像显示位置的比对结果，竖直微调裁剪区域起始点位置；

[0015] S44比对打标对象与影像显示位置，若两者位置一致，停止微调，确定起始点位置；若两者位置不一致，返回步骤S42。

[0016] 作为本发明技术方案的一个优选，步骤S4中裁剪区域起始点初始位置为[0017]

[0018] 其中，原始帧图像尺寸为M×N，裁剪区域起始点位置为(A,B)，裁剪区域长、宽分别为l、ω，且0＜A+l＜M、0＜B+ω＜N。

[0019] 作为本发明技术方案的一个优选，水平微调和竖直微调距离为1，即所述裁剪区域起始点位置每次水平或竖直移动1个单位长度。

[0020] 作为本发明技术方案的一个优选，裁剪区域长为l，l的取值范围优选为原始帧图像长度的0.8倍～0.9倍。

[0021] 作为本发明技术方案的一个优选，裁剪区域宽为ω，ω的取值范围优选为原始帧图像宽度的0.8倍～0.9倍。

[0022] 本发明技术方案中，裁剪起始点的位置需要经过反复的调整。选定一个点作为裁剪位置起始点的初始位置，根据打标对象与影像显示位置的比对结果，对上述初始位置进行微调。由对影像显示进行裁剪是为了有效确定待校正的对象，提高矫正效率。于经过大小和角度的调节，影像显示和打标对象之间的尺寸误差和角度误差已经消除。根据位置比对，可以确定影像显示和打标对象之间的相对位置关系，从而对裁剪位置起始点进行水平或者竖直方向上的调整，直至打标对象与影像显示位置一致。

[0023] 具体来说，在原始帧图像尺寸为M×N，裁剪区域起始点位置为(A,B)，裁剪区域长、宽分别为l、ω的情况下，裁剪起始点的初始位置为 根据影像显示与打标对象之间的位置关系，对裁剪起始点初始位置进行水平或者竖直方向上的微调，每次微调的距离为1。例如，如果根据初始位置裁剪出来的影像显示位于打标对象的左上方，则在影像显示上向右向下移动裁剪起始点，直至影像显示与打标对象的位置一致。

[0024] 为了在保证视场的情况下对影像显示与打标对象之间进行尽可能准确的校正，本发明优选裁剪区域的长为影像显示原始帧图像长的0.8～0.9倍，优选裁剪区域的宽为影像显示原始帧图像长宽的0.8～0.9倍。裁剪区域如果太小则可以看到的视场就小了，也就是校正区域较小，太大则可以调整的校正范围就小了。

[0025] 按照本发明技术方案的一个方面，提供了一种视觉定位激光打标校正系统，其特征在于，包括

[0026] 振镜校正模块，用于校正振镜，对打标效果进行调节，使得激光打标效果没有畸变；

[0027] 影像大小调整模块，用于调节打标坐标缩放倍数，对打标对象与影像显示大小进行调整；

[0028] 影像角度调整模块，用于调节振镜偏转角度，对打标对象与影像显示角度进行调整；

[0029] 影像位置调整模块，用于比对打标对象与影像显示的位置，确定裁剪区域起始点，调整打标对象与影像显示位置，使得打标对象与影像显示位置完全一致，从而最终实现裁剪后的图像与打标界面的集成化显示。

[0030] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0031] 1)本发明技术方案的方法，采用打标对象与影像显示集成化显示的方式，实现了打标系统与影像系统的高精度校正，大小偏差校正精度可达10-15，振镜偏转角度偏差可校正至10-15度，水平与垂直方向位置偏差可实现1个像素校正精度，校正精度高，基本满足目前所有行业的视觉定位打标精度要求。

[0032] 2)本发明技术方案的方法，采用硬件与软件相结合的调节方法，对打标对象和影像显示的角度误差采用调节振镜偏转角的方式，对打标对象和影像显示的位置误差等采用角度调节方法，不仅大幅提高了视觉定位激光打标系统精度，还大幅降低了系统对硬件安装的精度要求，有效实现了光路及结构装配造成的误差补偿。

附图说明

[0033] 图1是现有技术中视觉定位激光打标系统典型偏差效果；其中，图1(a)是现有技术中视觉定位激光打标系统的位置偏差效果图；图1(b)是现有技术中视觉定位激光打标系统的大小偏差效果图；图1(c)是现有技术中视觉定位激光打标系统的角度偏差效果图；

[0034] 图2是本发明技术方案的实施例中视觉定位激光打标系统校正方法的流程图；

[0035] 图3是本发明技术方案的一个实施例中a＝8时方格坐标网格图；

[0036] 图4是本发明技术方案的一个实施例中分辨率为2048*1536的裁剪示意图；

[0037] 图5是本发明技术方案的一个实施例中影像显示大小偏差及校正效果图；其中，图5(a)是显示图像小于打标对象时降低打标缩放倍数的效果图；图5(b)是显示图像大于打标对象时提高打标缩放倍数的效果图；

[0038] 图6是本发明技术方案的一个实施例中影像显示角度偏差及校正效果图；其中，图6(a)是显示图像相较于打标对象具有逆时针偏转角时降低振镜旋转角度的效果图；图6(b)是显示图像相较于打标对象具有顺时针偏转角时提高振镜旋转角度的效果图；

[0039] 图7是本发明技术方案的一个实施例中影像显示位置偏差及校正效果图；其中，图7(a)是裁剪起点右移36，上移28个像素的效果图；图7(b)是裁剪起点左移46，下移38个像素的效果图。

[0040] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-影像显示位置，2-打标对象位置，3-完整帧图像，4-裁剪显示图像(打标界面)，5-裁剪起始位置。

具体实施方式

[0041] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

[0042] 本发明视觉定位激光打标系统校正方法通过多个步骤来实现。如图2所示是本发明技术方案的实施例中视觉定位激光打标系统校正方法的流程图。

[0043] 首先进行振镜校正。振镜校正是进行视觉定位校正的重要基础，通过振镜校正软件，可以保证振镜本身没有显示误差。也就是说，如果在打标界面中需要激光画出一个确定对象，该对象具有明确的特征和尺寸，那么振镜校正的作用就是保证在操作的过程中，激光在打标界面上的操作准确无误，没有误差。更具体来说，本发明技术方案的实施例中，为了对振镜进行校正，首先要生成坐标网格，即将激光打标对象做成a行a列的网格对象；然后测量并记录打标后的网格顶点实际坐标；最后根据网格顶点坐标，通过振镜矫正软件进行参数补偿。在优选的实施例中，a可以为8、16、32或64，图3为一个实施例中a＝8时方格坐标网格图。

[0044] 其次是进行打标对象与影像显示大小偏差校正。实际中，由于相机角度等因素的存在，影像显示的大小与实际的打标对象大小之间不可避免的具有一定的偏差。在建立起影像显示与打标对象的特征对应关系之前，这种偏差对于影像显示和打标对象的集成化显示是不利的。因此，需要先消除打标对象与影像显示大小之间的误差。本发明技术方案的实施例中，优选采用了回宫格进行打标，并将打标对象与影像显示大小进行比对。当打标对象小于影像显示大小时提高打标坐标系缩放系数，当打标对象大于影像显示大小时则降低打标坐标系缩放系数，通过不断调节直至打标对象与影像显示大小一致，当打标对象与影像显示大小一致时则打标坐标系缩放系数不变。图5为一个实例中出现的影像显示大小偏差及校正效果图。

[0045] 进一步地，对打标对象与影像显示进行角度偏差校正。本发明技术方案的实施例中，为了消除打标对象与影像显示之间的角度误差，需要对打标对象与影像显示进行角度偏差校正。具体而言，本实施例先对大小偏差校正后的打标对象与影像显示角度进行比对，利用振镜偏转角度进行打标过程中的振镜调节，进而实现角度偏差校正；提高振镜偏转角度则振镜顺时针偏转增强，反之降低振镜偏转角度则逆时针偏转增强。本实施例中，当打标对象相对影像显示角度产生顺时针方向夹角时，降低振镜偏转角度；当打标对象相对影像显示角度产生逆时针方向夹角时，提高振镜偏转角度。反复调整振镜偏转角度直至打标对象与影像显示角度一致，若未产生角度偏差则振镜偏转角度不变。图6为本发明的一个实例中出现的影像显示角度偏差及校正效果图。经过上述步骤，可以得到以打标对象为参考且与其完全一致的影像显示。

[0046] 最后，对视觉打标系统中对实时采集的帧图像进行裁剪，并将裁减后的图像与打标界面集成化显示。假设原始帧图像像素为M×N，裁剪区域起始点初始像素位置为(A,B)，裁剪区域长、宽分别为l、ω，其中0＜A+l＜M、0＜B+ω＜N，将裁剪后的图像区域与打标界面集成化显示视觉打标系统中对实时采集的帧图像进行裁剪，并将裁减后的图像与打标界面集成化显示，从而使得在打标界面上的操作可以准确的同步到影像显示界面上来。也就是说，首先需要确定打标对象上的待校正

[0047] 特别的，为保障裁剪区可调节范围最大，裁剪区域起始点像素位置常设为。在本发明技术方案优选的实施例中，假设相机为300万像素，分辨率为2048*1536，裁剪长、宽分别为1600、1200，则裁剪区域起始点像素位置为(224，168)，图4为一个实例中分辨率为2048*1536的裁剪示意图。

[0048] 优选的，打标对象与影像显示位置偏差校正还包括下列步骤：对大小及角度偏差校正后的打标对象与影像显示位置进行比对，根据对比效果调节裁剪区域起始点像素位置，假设调节后的裁剪区域起始点像素位置为(A',B')，则有 其中，当打标对象相对影像显示水平方向左偏时，则将裁剪区域起始点像素位置左移一个补偿量，即dx＜0；当打标对象相对影像显示水平方向右偏时，则将裁剪区域起始点像素位置左移一个补偿量，即dx＞0；当打标对象相对影像显示垂直方向上偏时，则将裁剪区域起始点像素位置上移一个补偿量，即dy＜0；当打标对象相对影像显示垂直方向上偏时，则将裁剪区域起始点像素位置下移一个补偿量，即dy＞0。通过不断调节dx,dy可以调节影像显示的位置，直至打标对象与影像显示位置完全一致；若未产生位置偏差则裁剪区域起始点像素位置不变。图7为一个实例中出现的影像显示位置偏差及校正效果图。通俗来说，可以认为在确认了待校正打标区域后，根据其大小尺寸，确定了一个选图框，将该选图框在经过振镜校正、大小校正和角度校正调节后的影像显示上移动，框选出与待校正打标区域完全一致的区域。选图框移动的过程中，需要反复比较框选出来的图像与待校正打标区域的位置关系，以待校正打标区域为参考，直至选出与之吻合的待校正显示区域。

[0049] 相机实时采集打标对象的影像显示，但是影像显示的区域并不只有待校正打标区域的图像。通过上述步骤，可以确定与待校正打标区域完全对应的待校正显示区域，从而实现待校正显示区域和待校正打标区域的集成化显示，实现高精度打标校正。

[0050] 采用了上述校正方法的视觉定位激光打标系统实现了打标系统与影像系统的高精度校正，大小偏差校正精度可达10-15，振镜偏转角度偏差可校正至10-15度，水平与垂直方向位置偏差可实现1个像素校正精度，校正精度高，基本满足目前所有行业的视觉定位打标精度要求。本方法不仅大幅提高了视觉定位激光打标系统精度，还大幅降低了系统对硬件安装的精度要求，有效实现了光路及结构装配造成的误差补偿。

[0051] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。