具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种机械臂精调控制量判读方法，在成像区域具备垂直于光轴方向排布的目标参考尺度和参考标志点的前提下(如两个特征点、或者圆形、矩形等特征标志)，根据对精调操作过程中机械臂载相机正视角下当前状态成像和目标位置成像的对比判读，经过图像校正、偏移量计算等处理，得到机械臂操作机构末端相对最终操作位置(操作目标、放样目标位置)的精确距离，为机械臂运动控制提供引导信息。

图1是根据本发明一实施方式的机械臂精调控制量判读方法的步骤组成。该方法包括步骤S1～步骤S5。

在步骤S1中预存目标场景图像。其中，所述目标场景图像是所述机械臂运动到目标位置状态下所述相机拍摄的垂直于光轴方向的图像。

在步骤S2中获取实时场景图像。其中，所述实时场景图像是所述机械臂在当前位置状态下所述相机拍摄的垂直于光轴方向的图像。

在步骤S3中对实时场景图像进行校正，使得得到的校正图像与目标场景图像的成像尺寸相同。具体地，在所述目标场景图像和所述实时场景图像中分别提取参考尺度标志，根据两图像之间的尺度关系对所述实时场景图像进行校正得到校正图像，其中所述校正图像与所述目标场景图像的成像尺寸相同。参考尺度标志可以是两个特征点，也可以是一个特征点和一个参考尺度，如标志圆的圆心与半径。

在步骤S4中根据所述实时场景图像与所述校正图像之间的尺度变化关系确定所述机械臂在光轴方向的待运动量。

在步骤S5中计算机械臂在垂直光轴方向上的待运动量。在所述目标场景图像以及所述校正图像中分别提取定位参考点，根据两个定位参考点之间的位置偏差计算所述机械臂在垂直光轴的方向上的待运动量。

具体而言，在本实施方式中，机械臂运动过程位置成像判读的相机典型配置如图2所示，相机安装于机械臂末端，相机光轴垂直于目标区域平面，在工作过程中该相机能对目标区域成像，运动控制工作为坐标系O-XYZ，平面O-XY平行于标志区平面。本方法中选择视野区内可识别目标作为判读辅助标志，标志可以选择为两个特征点，如图2中点P₁ ⁰和在其他实施方式中，对于成像范围内没有两个特征点标志的场景，可基于一个特征标志点和一个参考尺度来实施，如具有圆形标志可采用圆半径作为参考尺度，圆心作为特征点标志，参考本实施方式的步骤实施。

本实施方式的具体步骤如下。

首先获取目标场景图像和实时场景图像。事先获取机械臂到目标位置的机械臂载相机的成像A，如图3所示。在目标场景图像A中，选取特征点和以两点位置为中心，选取各自附近的图像作为匹配模板，分别为和在机械臂运动的状态i，使用机械臂载相机对特征点视野进行采集成像，获取实时场景图像Aⁱ，如图4所示。

然后进行实时场景图像校正得到校正图像。如图5所示为校正图像A^i′。根据目标场景图像A上特征点和的图像坐标位置和确定实时场景图像Aⁱ上相应特征点位置的初始值，利用两个模板图像和在实时场景图像Aⁱ上进行匹配定位，获取同名匹配点和其坐标分别为和计算实时场景图像Aⁱ和目标场景图像A上特征尺度dⁱ和d⁰，计算方法为：计算实时校正的缩放系数kⁱ，方法为：kⁱ＝d⁰/dⁱ；计算校正图像A^i′与实时场景图像Aⁱ的点对应关系，基于双线性插值方法重采样生成实时场景图Aⁱ对应的校正图像A^i′，具体而言，获取所述实时场景图像Aⁱ的光心坐标P_C(x_C,y_C)，确定所述校正图像A^i′上的点p^i′(x^i′,y^i′)与所述实时场景图Aⁱ上的图像点pⁱ(xⁱ,yⁱ)的对应关系，其中，所述对应关系为xⁱ＝xC+(x^i′-xC)/kⁱ以及yⁱ＝yC+(y^i′-yC)/kⁱ，根据所述对应关系，对所述校正图像A^i′上每一个像素点确定其对应的实时场景图上Aⁱ的同名点的位置，并计算该同名点的像素灰度值，将该像素灰度值赋予所述校正图像A^i′上该像素点的灰度，逐一像素点进行该步计算，从而得到校正图像A^i′。

其次根据对应关系计算Z轴方向(光轴方向)待运动量ΔZ，其计算方法为式中f为相机焦距，D⁰为参考尺度的实际物理尺度，本实施方式中D⁰为两个特征点P₁ ⁰和的实际距离值。

最后计算X和Y方向(垂直光轴方向)的待运动量。根据目标场景图像A上特征点的图像坐标位置确定校正图像A^i′上相应特征点位置的初始值，利用模板图像在校正图像A^i′上进行匹配定位，获取同名匹配点其坐标为计算X方向运动量待运动量ΔX，其计算方法为式中r⁰为标准图的空间分辨率，计算方法为r⁰＝D⁰/d⁰；计算Y方向运动量待运动量ΔY，其计算方法为

基于同样的发明构思，本实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于执行上述实施方式的机械臂精调控制量判读方法。

综上所述，根据本实施方式的机械臂精调控制量判读方法根据目标参考尺度和参考标志点为依据，对精调操作过程中机械臂载相机正视角下当前状态成像和目标位置成像的对比判读，经过图像校正、偏移量计算等处理，得到机械臂操作机构末端相对最终操作位置(操作目标、放样目标位置)的精确距离。相对于基于手眼系统和机械臂外部监控图像解算的方法，本实施方式的方法不要求相机具备精确或有效的相机位置姿态标定参数，可解决无相机精确标定参数及相机参数失效情况下的运动控制量的计算问题，增强机械臂操控过程与操作目标相对位置测量方法的适应性，相对于立体视觉的需要双目公共视场的相对位置测量，本方法可获得更大的公共视场，工作适应能力更强。此外相对于有源传感器测量方法，本方法属于被动测量设备，设备体积重量及能耗较小，适应灵活性强。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。