專利名稱：物件測量方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種物件測量方法與系統(tǒng)，具體地說，涉及一種利用非平行設(shè)置的二圖像擷取裝置依據(jù)光束交會共線函數(shù)來計算出物件的立體坐標(biāo)的物件測量方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于科技的快速演進(jìn)，無論是在商品設(shè)計、工業(yè)制造或是高精密的操作領(lǐng)域中，需要借重于機(jī)器人或機(jī)器手臂等自動化系統(tǒng)來進(jìn)行的操作程序也越來越多，因此，如何提升自動化系統(tǒng)的運(yùn)作效率也成為重要的課題。其關(guān)鍵就在于如何令機(jī)器人或機(jī)器手臂等自動化系統(tǒng)得以精確地辨識出空間中的物件的立體坐標(biāo)，據(jù)此，各種可測量出物件的立體坐標(biāo)的測量方法也應(yīng)運(yùn)而生。如美國US 06795200號專利申請所公開的物件測量方法，其先將結(jié)構(gòu)光源投射于待測平面上，接著利用平行設(shè)置的二攝影機(jī)來分別取得待測平面上的物件圖像。然而，實(shí)際使用時，結(jié)構(gòu)光源擺設(shè)與配置往往會增加使用者額外的負(fù)擔(dān)。其次，以簡易的三角幾何原理來計算立體坐標(biāo)時，因無法兼顧到攝影機(jī)本身的觀測誤差，以致其所計算出的物件的立體坐標(biāo)的精確度不足，而精確度不足的立體坐標(biāo)更會使系統(tǒng)于后續(xù)作業(yè)中產(chǎn)生過大的誤差， 故上述US 06795200號專利申請不但實(shí)用性不佳，也無法適用于高精確度的操作領(lǐng)域中。再者，在美國US 20060088203號專利申請所公開的物件測量方法中，乃先于工作區(qū)域上方同時架設(shè)多臺固定式的攝影機(jī)，藉此對工作區(qū)域中的物件進(jìn)行三維的取像作業(yè)， 接著，在取像完成后再利用簡易的三角幾何原理來計算出物件的立體坐標(biāo)。然而，通過固定架設(shè)于工作區(qū)域上的多臺攝影機(jī)來進(jìn)行三維的取像作業(yè)不但成本較高，且使用彈性不佳， 同時，也容易因視覺死角而阻礙三維的取像作業(yè)的進(jìn)行，無法適用于高精細(xì)的操作領(lǐng)域。另外，歐洲WO 2008076942號專利申請亦公開了一種物件測量方法，其先將單攝影機(jī)設(shè)置于移動式的機(jī)器手臂上，以利用移動式的機(jī)器手臂來針對工作區(qū)域中的物件進(jìn)行多次、不同角度的取像作業(yè)，接著，再通過簡易的三角幾何原理來計算出物件的立體坐標(biāo)。 然而，運(yùn)用單攝影機(jī)來對工作區(qū)域中的物件進(jìn)行多次、不同角度的取像作業(yè)需要耗費(fèi)額外的時間，不但提高了成本，也降低了實(shí)用性。其次，與前述US 06795200號專利申請及US 20060088203號專利申請相同，利用簡易的三角幾何原理所計算出的物件的立體坐標(biāo)，同樣地會使系統(tǒng)于后續(xù)的作業(yè)中產(chǎn)生過大的誤差，當(dāng)然也無法適用于極精細(xì)的操作領(lǐng)域。有鑒于此，如何提供一種用以測量物件的立體坐標(biāo)的物件測量方法與系統(tǒng)，不但可方便、快速、精確地取得物件的立體坐標(biāo)，更可適用于高精細(xì)的操作領(lǐng)域，亟為各界所急待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)上述目的及其他目的，本發(fā)明提出一種物件測量方法，利用一組并排且向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的非平行設(shè)置的第一圖像擷取裝置與第二圖像擷取裝置以及與該第一及第二圖像擷取裝置相連接的處理模塊對物件進(jìn)行測量，該物件測量方法包括以下步驟(1)令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置分別擷取至少一已知立體坐標(biāo)的鏡頭校正點(diǎn)的第一圖像及第二圖像，再令該處理模塊通過鏡頭校正演算法依據(jù)該第一圖像及該第二圖像分別求得該第一圖像擷取裝置的第一鏡頭扭曲參數(shù)及該第二圖像擷取裝置的第二鏡頭扭曲參數(shù)；(2)令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置擷取相同的多個已知立體坐標(biāo)的姿態(tài)校正點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，再令該處理模塊將該姿態(tài)校正點(diǎn)的立體坐標(biāo)、該第一鏡頭扭曲參數(shù)及該第二鏡頭扭曲參數(shù)代入以光束交會共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)，其中，該幾何函數(shù)中包含未知的該第一圖像擷取裝置的第一鏡頭中心與第一姿態(tài)參數(shù)以及未知的該第二圖像擷取裝置的第二鏡頭中心與第二姿態(tài)參數(shù)；以及(3)令該處理模塊利用預(yù)設(shè)的演算法計算該幾何函數(shù)，以解出該第一圖像擷取裝置的該第一鏡頭中心與該第一姿態(tài)參數(shù)以及該第二圖像擷取裝置的該第二鏡頭中心與該第二姿態(tài)參數(shù)，并將所解出的該第一鏡頭中心、 該第一姿態(tài)參數(shù)、該第二鏡頭中心與該第二姿態(tài)參數(shù)代入該以光束交會共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)中，以產(chǎn)生對應(yīng)該第一及第二圖像擷取裝置的第一光束交會共線函數(shù)與第二光束交會共線函數(shù)。在一較佳態(tài)樣中，還包括步驟(4)，令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置同時擷取一目標(biāo)物件的特征點(diǎn)坐標(biāo)，并將該第一圖像擷取裝置所擷取的特征點(diǎn)坐標(biāo)與該第二圖像擷取裝置所擷取的特征點(diǎn)坐標(biāo)代入該第一及第二光束交會共線函數(shù)中，以計算出該目標(biāo)物件的立體空間坐標(biāo)。在另一較佳態(tài)樣中，上述的步驟(2)中的該以光束共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函
權(quán)利要求
1.一種物件測量方法，利用一組非平行設(shè)置的第一圖像擷取裝置與第二圖像擷取裝置以及與該第一及第二圖像擷取裝置相連接的處理模塊對物件進(jìn)行測量，該方法包括以下步驟(1)令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置分別擷取至少一已知立體坐標(biāo)的校正點(diǎn)的第一圖像及第二圖像；(2)令該處理模塊將該第一圖像及該第二圖像中對應(yīng)該已知立體坐標(biāo)的校正點(diǎn)的參數(shù)代入以光束交會共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)，以利用預(yù)設(shè)的演算法計算該幾何函數(shù)進(jìn)而解出該第一圖像擷取裝置的第一鏡頭扭曲參數(shù)、第一鏡頭中心與第一姿態(tài)參數(shù)以及該第二圖像擷取裝置的第二鏡頭扭曲參數(shù)、第二鏡頭中心與第二姿態(tài)參數(shù)；以及(3)令該處理模塊將所解出的該第一鏡頭扭曲參數(shù)、該第一鏡頭中心、該第一姿態(tài)參數(shù)、該第二鏡頭扭曲參數(shù)、該第二鏡頭中心與該第二姿態(tài)參數(shù)代入該以光束交會共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)中，以產(chǎn)生對應(yīng)該第一及第二圖像擷取裝置的第一光束交會共線函數(shù)與第二光束交會共線函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的物件測量方法，還包括步驟(4)，令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置同時擷取一目標(biāo)物件的特征點(diǎn)坐標(biāo)，并將該第一圖像擷取裝置所擷取到的特征點(diǎn)坐標(biāo)與該第二圖像擷取裝置所擷取到的特征點(diǎn)坐標(biāo)代入該第一及第二光束交會共線函數(shù)中，以計算出該目標(biāo)物件的立體空間坐標(biāo)。
3.如權(quán)利要求2所述的物件測量方法，其中，該步驟(4)還包括將該第一圖像擷取裝置的特征點(diǎn)坐標(biāo)與該第二圖像擷取裝置的特征點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行匹配與相似判斷而建立該目標(biāo)物件的平面方程式，以通過該平面方程式計算出該目標(biāo)物件的立體空間坐標(biāo)與姿態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的物件測量方法，其中，該步驟(2)的演算法，是利用奇變差將鏡頭成像邊緣的扭曲曲線調(diào)整為直線，而該預(yù)設(shè)的演算法，為數(shù)值迭代法。
5.如權(quán)利要求1所述的物件測量方法，其中，步驟(2)中的該以光束共線成像原理為基
6.如權(quán)利要求1所述的物件測量方法，其中，該第一/第二鏡頭扭曲參數(shù)，是指該第一 /第二圖像擷取裝置的鏡頭的徑向失真與筒狀失真。
7.—種物件測量方法，利用一組非平行設(shè)置的第一圖像擷取裝置與第二圖像擷取裝置以及與該第一及第二圖像擷取裝置相連接的處理模塊對物件進(jìn)行測量，該方法包括以下步驟(1)令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置分別擷取至少一已知立體坐標(biāo)的鏡頭校正點(diǎn)的第一圖像及第二圖像，再令該處理模塊通過鏡頭校正演算法依據(jù)該第一圖像及該第二圖像分別求得該第一圖像擷取裝置的第一鏡頭扭曲參數(shù)及該第二圖像擷取裝置的第二鏡頭扭曲參數(shù)；(2)令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置擷取相同的多個已知立體坐標(biāo)的姿態(tài)校正點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，再令該處理模塊將該姿態(tài)校正點(diǎn)的立體坐標(biāo)、該第一鏡頭扭曲參數(shù)及該第二鏡頭扭曲參數(shù)代入以光束交會共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)，其中，該幾何函數(shù)中包含未知的該第一圖像擷取裝置的第一鏡頭中心與第一姿態(tài)參數(shù)以及未知的該第二圖像擷取裝置的第二鏡頭中心與第二姿態(tài)參數(shù)；以及(3)令該處理模塊利用預(yù)設(shè)的演算法計算該幾何函數(shù)，以解出該第一圖像擷取裝置的該第一鏡頭中心與該第一姿態(tài)參數(shù)以及該第二圖像擷取裝置的該第二鏡頭中心與該第二姿態(tài)參數(shù)，并將所解出的該第一鏡頭中心、該第一姿態(tài)參數(shù)、該第二鏡頭中心與該第二姿態(tài)參數(shù)代入該以光束交會共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)中，以產(chǎn)生對應(yīng)該第一及第二圖像擷取裝置的第一光束交會共線函數(shù)與第二光束交會共線函數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的物件測量方法，還包括步驟(4)，令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置同時擷取一目標(biāo)物件的特征點(diǎn)坐標(biāo)，并將該第一圖像擷取裝置所擷取到的特征點(diǎn)坐標(biāo)與該第二圖像擷取裝置所擷取到的特征點(diǎn)坐標(biāo)代入該第一及第二光束交會共線函數(shù)中，以計算出該目標(biāo)物件的立體空間坐標(biāo)。
9.如權(quán)利要求8所述的物件測量方法，其中，該步驟(4)還包括將該第一圖像擷取裝置的特征點(diǎn)坐標(biāo)與該第二圖像擷取裝置的特征點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行匹配與相似判斷而建立該目標(biāo)物件的平面方程式，以通過該平面方程式以計算出該目標(biāo)物件的立體空間坐標(biāo)與姿態(tài)。
10.如權(quán)利要求7所述的物件測量方法，其中，該步驟(1)的鏡頭校正演算法，是利用奇變差將鏡頭成像邊緣的扭曲曲線調(diào)整為直線。
11.如權(quán)利要求7所述的物件測量方法，其中，步驟(2)中的該以光束共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)滿足
12.如權(quán)利要求7所述的物件測量方法，其中，該步驟(3)的預(yù)設(shè)的演算法，為數(shù)值迭代法。
13.如權(quán)利要求7所述的物件測量方法，其中，該第一/第二鏡頭扭曲參數(shù)，是指該第一 /第二圖像擷取裝置的鏡頭的徑向失真與筒狀失真。
14.一種物件測量系統(tǒng)，包括第一圖像擷取裝置及第二圖像擷取裝置，用以擷取校正點(diǎn)及目標(biāo)物件的圖像，其中，該第一圖像擷取裝置及該第二圖像擷取裝置被非平行設(shè)置；以及處理模塊，連接該第一及第二圖像擷取裝置，用以依據(jù)該第一及第二圖像擷取裝置所擷取的該校正點(diǎn)的圖像進(jìn)行鏡頭校正以及物件測量，其中，該處理模塊將該校正點(diǎn)的圖像的參數(shù)代入以光束交會共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)，以利用預(yù)設(shè)的演算法計算該幾何函數(shù)進(jìn)而解出該第一圖像擷取裝置的第一鏡頭扭曲參數(shù)、第一鏡頭中心與第一姿態(tài)參數(shù)以及該第二圖像擷取裝置的第二鏡頭扭曲參數(shù)、第二鏡頭中心與第二姿態(tài)參數(shù)，再令該第一圖像擷取裝置與該第二圖像擷取裝置同時擷取該目標(biāo)物件的特征點(diǎn)坐標(biāo)，并將該第一及該第二圖像擷取裝置所擷取到的特征點(diǎn)坐標(biāo)、該第一鏡頭扭曲參數(shù)、該第一鏡頭中心、該第一姿態(tài)參數(shù)、該第二鏡頭扭曲參數(shù)、該第二鏡頭中心與該第二姿態(tài)參數(shù)代入該以光束交會共線成像原理為基礎(chǔ)的幾何函數(shù)中，以計算出該目標(biāo)物件的立體空間坐標(biāo)。
15.如權(quán)利要求14所述的物件測量系統(tǒng)，還包括用以連接該第一圖像擷取裝置的第一轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、用以連接該第二圖像擷取裝置的第二轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，以及用以連接該第一及第二轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的固定基座，其中，該第一及第二轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)被活動設(shè)置于該固定基座上，以依據(jù)該校正點(diǎn)和/或該目標(biāo)物件的立體空間坐標(biāo)調(diào)整該第一及第二轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度，使該第一及第二圖像擷取裝置以非平行的方式設(shè)置于該固定基座上。
16.如權(quán)利要求15所述的物件測量系統(tǒng)，其中，這些轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)被間隔設(shè)置于該固定基座上，使該非平行設(shè)置的該第一及第二圖像擷取裝置間具有間距。
17.如權(quán)利要求16所述的物件測量系統(tǒng)，其中，該間距小于10公分。
18.如權(quán)利要求14所述的物件測量系統(tǒng)，其中，所述的鏡頭校正，是指令該處理模塊求得該第一圖像擷取裝置的第一鏡頭扭曲參數(shù)及該第二圖像擷取裝置的第二鏡頭扭曲參數(shù)， 而所述的姿態(tài)校正，是指令該處理模塊解出該第一圖像擷取裝置的第一姿態(tài)參數(shù)以及該第二圖像擷取裝置的第二姿態(tài)參數(shù)。
19.如權(quán)利要求14所述的物件測量系統(tǒng)，其中，該第一/第二圖像擷取裝置，為包含電荷耦合元件的攝影機(jī)或相機(jī)。
20.如權(quán)利要求14所述的物件測量系統(tǒng)，其中，該處理模塊為具有邏輯運(yùn)算功能的計算機(jī)或微處理芯片。
全文摘要
一種物件測量方法與系統(tǒng)，用以測量物件的立體坐標(biāo)，首先，令非平行設(shè)置的二圖像擷取裝置分別針對已知立體坐標(biāo)的校正點(diǎn)進(jìn)行圖像擷取，以供與這些圖像擷取裝置相連的處理模塊推導(dǎo)出這些圖像擷取裝置的光束交會共線函數(shù)，再對這些圖像擷取裝置進(jìn)行校對以求出這些圖像擷取裝置內(nèi)部參數(shù)與外部參數(shù)，并據(jù)以解出對應(yīng)這些圖像擷取裝置的光束交會共線函數(shù)。接著，再令這些圖像擷取裝置分別針對目標(biāo)物件進(jìn)行圖像擷取，以供該處理模塊依據(jù)該光束交會共線函數(shù)計算出該物件的立體坐標(biāo)。據(jù)此，本發(fā)明不但可快速地取得目標(biāo)物件的立體坐標(biāo)與姿態(tài)，更可提高目標(biāo)物件測量時的精確性與便利性，有利于各種不同工作環(huán)境的應(yīng)用。
文檔編號G01B11/00GK102213581SQ20101016395
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者呂尚杰, 江博通, 謝伯璜, 黃國唐 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院