一种基于视觉的全局扫描与局部装配的控制方法
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第１ 期
雷李辉 ：一种基于视觉 的全局扫描与局部装配的控制方法
７
一
种 基 于 视 觉 的全 局 扫描 与 局部 装 配 的控 制 方 法
雷 李辉
（ 门大 学机 电系 ，福 建 厦 门 ３ １０ ） 厦 ６ ０ ５
摘
要 ：在基于视觉的微装配中 ，要提高精度 则需要减 小视场 ，然而小视场所包含的装配对象少，不能实现连续 、
用 越来 越大 。据 资料 显示 ，微 装配 产 品平均 年增 长 率达 到 了 ２ ％， ０ １年市 场份额 达 到 了 ３ ０亿 ０ ２０ ０ 美 元 ，２ ０ ０ ５年 达到 了 ６ ０亿 美 元【。然而 ，传统 ７ ｌ Ｊ
的装 配 技 术 难 以满 足 微 装 配 产 品 快 速 增 长 的需
｛ Ｊ 中为 ４ ，在 图像 空 间｛ 中为 Ｂ 。 由 Ｃ） ｃ ） ２
于世 界坐 标 系的坐 标轴 与 图像坐 标系 的坐 标轴 不 平行 ，使得 Ａ 在 图像空 间 中的轨 迹 不平行 于 Ｂ 轴 ，存在 一定 的偏 差 。此外 ，世 界空 间坐标 系 的
单位 为 ｇ ， 图像 空 间坐标系 的 单位为像 素 ，因 ｕ 而 ｎ 此需 要通 过标 定找 出它 们 间的对应 关 系 。按 照 文
作 者简 介 ：雷李 辉（９ ６ ） １ ８ 一 ，男，硕 士研 究生 ，主 要研 究方 向：机 器 视觉 、微 操作 与微装 配 。
８
产 品 的不 断微 型化 已经 成为 了市场 的一种 必 然 趋势 ，这 使得 微装 配技 术在 微产 品制 造 中的作
问题 ：一是 将 图像像 素距 离转 化 为移动 平 台的物 理 距离 ；二 是解 决 由于空 间坐标 系 与 图像 坐标 系
不 平行使 得移 动产 生偏 移 。 如 图 ｌ 示 ， Ｃ ｝ ｛ ， 为双 视觉 空 间坐 标 所 ｛ 。和 Ｃ ｝ 系 ，｛ 为世 界空 间坐 标系 。例 如 ，空 间 中一 点 Ｔ｝
快速 的定 位 ，因此 很 难 同时 保 证 快 速 和 高 精 度 。利 用 双 视 觉 ，提 出一 种 全 局 扫描 和局 部装 配 的控 制 方 法 ，也就 是 在 大 视
场中获取批量装配对象坐标及关系， 然后在小视场中进行单个对 象的局部装配 。 该方法 的批量对象扫描提高了装配速度 ，
式 中，
为视 觉空 间 １到世 界空 间的 映射 矩 阵 ，
换关 系 问题 ，即 系统标 定 。系 统标 定要解 决 两个
由图像空 间 中两 点坐 标组 成 的 ２ ２矩 阵 ， 为 ￣ 世界 空 间 中两 点坐标 组成 的 ２ ２矩 阵 。接 着 ，继 ￣ 续将 点移 动到 视觉 系统 ２中，仍然 以 Ｄ 点为世 界
局 部装 配前 需要对 两个 视 觉系 统进 行标 定 ，本文
，：
ｘ
一
：
ｆ ｘｌｔ １ （ ３ ｆ １ Ｘ １ ×ｔ Ｉ 】
２ ／ 、 ４ｌ 『＼ ２ ／
采用 文献 【１ ６ 中提 出的方法 进行 标定 。
ｌ 双 视 觉 系统 标 定
在机 器视 觉 中存在 视觉 空 间和 图像 空 间的转
局 部 装 配 保 证 了装 配 精 度 。 关键 词 ：双 视 觉 ； 微 装 配 ； 全局 扫描 ；局 部装 配 中图 分 类 号 ： Ｔ ３ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ －４ ０ （０ １ １ Ｏ —０ Ｐ ９ ４ ６ ２ ８ １ Ｉ） —０ ７ ３ ２ ０
献『１ ６ 中所述 的方法 ，走 三个 点 ，求出映射 矩 阵 。 本文研 究 同一平 面 上 的对 象 装配 ，因此 忽 略深度 信息 ，即 只进 行二 维标 定 。因此 ，只要 走两 个 点 便 可 以求 出映射矩 阵。选择 图像 空间 ｌ的左 上角 坐 标作 为 图像空 间坐标 系 １的原 点 ，选择 图像 空间 ｌ原 点在世 界空 间 中所 对应 的点 作为世 界坐 标 系 的原 点 Ｄ ，选 择 图像空 间 ２的左 上角 作为 图 像 空 问 ２的原 Ｏ 。对于 视觉 系统 ｌ ， ，两次走 点后
在 世界 空 间中的坐 标分 别为 （ ， ） Ｘ ， ４ ， 、（ ３ Ｘ ） 在 图像 空 间中 的坐 标分 别为 （ 】ｚ ） ，４ ， Ｕ ， ２ 、（ ） ｆ
则：
／ 、 ／ 、一１
所形成 的图像拼 接 成一个 聚 焦 图像 ，但这 种方 法 不能 同 时检 测 多个对象 ，缺 乏实 时性 。文献 ｆ】 ４提 出 了一 种基 于 显微镜 放大 倍 数转换 控 制 的方法 ， 但 此种 方 法对 显微镜 的要求 较高 ，且 当运 动速 度 太 快 时不 能捕 获对 象 。 本 文采 用双 视觉 控制 的方法 ，使 微对 象在 视 觉 空 间 １ 中以低放 大倍 数（ 视场 描 ，通 过 图 大 扫
沿着 轴 从 移动 到 ， 移动 的轨 迹在 图像 空间
要 。 由于显 微镜 的视场 大 小与装 配 精度及 批 量装 配速 度 间存在 矛盾 ，使 得传 统 的装 配很难 同时保
证装 配精 度和速 度 。 文 献 【１ ２ 中提 出 了 一种 基 于 双 视 觉 的 控 制 方 法 ，即采 用不 同的放大 倍数 进行 控制 的方 法 ，但 这种 方法 只适用 于有 限 的装配任 务 。文 献 ｆ１ 出 ３提 利用 图像 拼接 技术 将两 个 处于不 同焦 平面 的对 象
像 识别 技术 ，获取批 量对 象 的全局 信 息 ，记 录 装 配对 象 间 的位 置 关系 ，以进行 连续 装配 ，提 高装
配速 度 ；然后 进入 视觉 空 问 ２ ，以高放 大倍 数（ 小 视场 ） 示单 个装 配对 象 ，经 过 图像处 理 ，进 行精 显 确 调整 ，提 高装 配 的速 度 。当然 ，在全 局扫 描 与
雷李辉 ：一种基于视觉 的全局扫描与局部装配的控制方法
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一
种 基 于 视 觉 的全 局 扫描 与 局部 装 配 的控 制 方 法
雷 李辉
（ 门大 学机 电系 ，福 建 厦 门 ３ １０ ） 厦 ６ ０ ５
摘
要 ：在基于视觉的微装配中 ，要提高精度 则需要减 小视场 ，然而小视场所包含的装配对象少，不能实现连续 、
用 越来 越大 。据 资料 显示 ，微 装配 产 品平均 年增 长 率达 到 了 ２ ％， ０ １年市 场份额 达 到 了 ３ ０亿 ０ ２０ ０ 美 元 ，２ ０ ０ ５年 达到 了 ６ ０亿 美 元【。然而 ，传统 ７ ｌ Ｊ
的装 配 技 术 难 以满 足 微 装 配 产 品 快 速 增 长 的需
｛ Ｊ 中为 ４ ，在 图像 空 间｛ 中为 Ｂ 。 由 Ｃ） ｃ ） ２
于世 界坐 标 系的坐 标轴 与 图像坐 标系 的坐 标轴 不 平行 ，使得 Ａ 在 图像空 间 中的轨 迹 不平行 于 Ｂ 轴 ，存在 一定 的偏 差 。此外 ，世 界空 间坐标 系 的
单位 为 ｇ ， 图像 空 间坐标系 的 单位为像 素 ，因 ｕ 而 ｎ 此需 要通 过标 定找 出它 们 间的对应 关 系 。按 照 文
作 者简 介 ：雷李 辉（９ ６ ） １ ８ 一 ，男，硕 士研 究生 ，主 要研 究方 向：机 器 视觉 、微 操作 与微装 配 。
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产 品 的不 断微 型化 已经 成为 了市场 的一种 必 然 趋势 ，这 使得 微装 配技 术在 微产 品制 造 中的作
问题 ：一是 将 图像像 素距 离转 化 为移动 平 台的物 理 距离 ；二 是解 决 由于空 间坐标 系 与 图像 坐标 系
不 平行使 得移 动产 生偏 移 。 如 图 ｌ 示 ， Ｃ ｝ ｛ ， 为双 视觉 空 间坐 标 所 ｛ 。和 Ｃ ｝ 系 ，｛ 为世 界空 间坐 标系 。例 如 ，空 间 中一 点 Ｔ｝
快速 的定 位 ，因此 很 难 同时 保 证 快 速 和 高 精 度 。利 用 双 视 觉 ，提 出一 种 全 局 扫描 和局 部装 配 的控 制 方 法 ，也就 是 在 大 视
场中获取批量装配对象坐标及关系， 然后在小视场中进行单个对 象的局部装配 。 该方法 的批量对象扫描提高了装配速度 ，
式 中，
为视 觉空 间 １到世 界空 间的 映射 矩 阵 ，
换关 系 问题 ，即 系统标 定 。系 统标 定要解 决 两个
由图像空 间 中两 点坐 标组 成 的 ２ ２矩 阵 ， 为 ￣ 世界 空 间 中两 点坐标 组成 的 ２ ２矩 阵 。接 着 ，继 ￣ 续将 点移 动到 视觉 系统 ２中，仍然 以 Ｄ 点为世 界
局 部装 配前 需要对 两个 视 觉系 统进 行标 定 ，本文
，：
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一
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ｆ ｘｌｔ １ （ ３ ｆ １ Ｘ １ ×ｔ Ｉ 】
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采用 文献 【１ ６ 中提 出的方法 进行 标定 。
ｌ 双 视 觉 系统 标 定
在机 器视 觉 中存在 视觉 空 间和 图像 空 间的转
局 部 装 配 保 证 了装 配 精 度 。 关键 词 ：双 视 觉 ； 微 装 配 ； 全局 扫描 ；局 部装 配 中图 分 类 号 ： Ｔ ３ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ －４ ０ （０ １ １ Ｏ —０ Ｐ ９ ４ ６ ２ ８ １ Ｉ） —０ ７ ３ ２ ０
献『１ ６ 中所述 的方法 ，走 三个 点 ，求出映射 矩 阵 。 本文研 究 同一平 面 上 的对 象 装配 ，因此 忽 略深度 信息 ，即 只进 行二 维标 定 。因此 ，只要 走两 个 点 便 可 以求 出映射矩 阵。选择 图像 空间 ｌ的左 上角 坐 标作 为 图像空 间坐标 系 １的原 点 ，选择 图像 空间 ｌ原 点在世 界空 间 中所 对应 的点 作为世 界坐 标 系 的原 点 Ｄ ，选 择 图像空 间 ２的左 上角 作为 图 像 空 问 ２的原 Ｏ 。对于 视觉 系统 ｌ ， ，两次走 点后
在 世界 空 间中的坐 标分 别为 （ ， ） Ｘ ， ４ ， 、（ ３ Ｘ ） 在 图像 空 间中 的坐 标分 别为 （ 】ｚ ） ，４ ， Ｕ ， ２ 、（ ） ｆ
则：
／ 、 ／ 、一１
所形成 的图像拼 接 成一个 聚 焦 图像 ，但这 种方 法 不能 同 时检 测 多个对象 ，缺 乏实 时性 。文献 ｆ】 ４提 出 了一 种基 于 显微镜 放大 倍 数转换 控 制 的方法 ， 但 此种 方 法对 显微镜 的要求 较高 ，且 当运 动速 度 太 快 时不 能捕 获对 象 。 本 文采 用双 视觉 控制 的方法 ，使 微对 象在 视 觉 空 间 １ 中以低放 大倍 数（ 视场 描 ，通 过 图 大 扫
沿着 轴 从 移动 到 ， 移动 的轨 迹在 图像 空间
要 。 由于显 微镜 的视场 大 小与装 配 精度及 批 量装 配速 度 间存在 矛盾 ，使 得传 统 的装 配很难 同时保
证装 配精 度和速 度 。 文 献 【１ ２ 中提 出 了 一种 基 于 双 视 觉 的 控 制 方 法 ，即采 用不 同的放大 倍数 进行 控制 的方 法 ，但 这种 方法 只适用 于有 限 的装配任 务 。文 献 ｆ１ 出 ３提 利用 图像 拼接 技术 将两 个 处于不 同焦 平面 的对 象
像 识别 技术 ，获取批 量对 象 的全局 信 息 ，记 录 装 配对 象 间 的位 置 关系 ，以进行 连续 装配 ，提 高装
配速 度 ；然后 进入 视觉 空 问 ２ ，以高放 大倍 数（ 小 视场 ） 示单 个装 配对 象 ，经 过 图像处 理 ，进 行精 显 确 调整 ，提 高装 配 的速 度 。当然 ，在全 局扫 描 与
