[发明专利]定位带有已知图形的基准点的系统和方法

说明书

本发明提供一种确定图形姿态的系统和方法，所述图形对于视觉系统而言是已知的并经受仿射变换和变形。具有基准点的目标图像被获取。所述基准点具有仿射参数，包括自由度(DOFs)、搜索范围和搜索步长以及具有相关DOFs和步长的控制点。对每一2D仿射参数的搜索范围以及畸变控制点的DOFs进行采样，并且获取所有组合。为每一组合对粗略指定的基准点进行变换并为每一变换后的基准点算出匹配度量，生成计分表面。在此表面上计算出峰值作为潜在的候选者，其会被进一步提炼直到匹配度量得到最大化。返回超出预设分数的精化表示作为场景中的潜在图形。可选地，具有最佳分数的候选者可用作为训练基准点。

相关申请

本申请要求于2013年10月16日提交的，标题为定位具有已知图形的基准点的美国临时申请号61/891,446的权益，其全文通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及在图像化场景中定位图形的机器视觉系统和方法。

背景技术

机器视觉系统，又名视觉系统，在本文中用于在生产环境中执行多种不同的任务。通常说来，一个视觉系统由一个或者多个具有图像传感器(或者成像器)的摄像机组成，获取含有生产中目标的场景的灰度或者彩色图像。对目标图像进行分析以为用户提供数据/信息，并将目标图像与生产过程相关联。由图像生成的数据典型地由视觉系统在一个或者多个视觉系统处理器中进行处理，这些视觉系统处理器可以是专用的，或在通用计算机(例如PC、笔记本电脑、平板电脑或智能手机)的一个或多个软件的一部分中处理。由视觉系统执行的一些类型的任务可包括，目标和表面的检查，和/或处于移动中的动作阶段的目标(也称工件)的定位，该定位包括沿一个或多个正交的轴线或以旋转伺服该动作阶段。

工件的对准通常要求对一预定图形的辨识和定位，该预定图形可称为基准点。作为对准处理的一部分，在图像上识别基准点，以及确定其二维(2D)或三维(3D)中的姿态。基于对姿态的确定，该工件可对齐以执行一生产操作，例如部件的装配。

通常，基准点的图形(例如十字架)被训练入视觉系统，作为其初始设置的一部分。该训练基于基准点一个合成的或者实际的成像。应认识到，基准点可以被扭曲。这样的扭曲可以是由生成该图形/基准点的流程导致的。例如，十字架的基准点的印刷可引起流程变动，其导致该十字架描边宽度的变化。在十字架和圆的情形中，描边宽度可改变而圆的一部分可变平，结果是出现限定椭圆形或样条线(spline)的边缘。尽管搜索仿射变换(affinetransformation)(即一般在2D中的比例变化、旋转、平移和扭曲)的视觉系统应用可以相对有效率地识别和定位(确定基准点的姿态)基准点，但结合仿射变换而加入的扭曲，可使确定基准点姿态的处理更具挑战和带来较小的可靠度/效率。

发明内容

本发明克服现有技术的缺陷，提供一种用于确定图形的姿态的系统和方法，该图形为视觉系统所知，该视觉系统以增加效率和可靠性的方式，同时采用仿射变换和形变来确定图形的姿态。在一说明性的实施例中，该系统和方法获取具有基准点的目标图像。根据仿射参数的粗略评估、用于仿射自由度(DOFs)的搜索范围和搜索步长，来指定该基准点(图形)。同样地，其包括具有关联的DOFs和步长的一个或多个扭曲控制点。该系统和方法对每一2D仿射参数的搜索范围和扭曲控制点的自由度(DOF)进行采样。对于以上采样的每一个组合，该系统和方法变换该粗略指定的基准点，并计算出对应图像中的变换的基准点图形的一匹配度量。该计算的结果是一计分表面。在该计分表面上计算出一组顶点。这些顶点为图像中的潜在候选者。然后，说明性地，通过使用爬山法，对每一候选者进行精化，在该爬山法中，反复地修改对参数的粗略评估，直到匹配度量为最大。在超过一预定(例如用户指定的)分数时，返回该候选者的精化表示。一个或多个该精化的表示可指示运行时图像中的一个或多个基准点的位置。可替代地，具有最佳分数的一个或多个该精化的表示可用于对粗略指定的合成的训练基准点进行精化。该精化的训练基准点可用于训练随后的运行时姿态测定流程。