專利名稱：顯微視覺系統(tǒng)中運(yùn)動誤差矯正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及顯微視覺系統(tǒng)中運(yùn)動誤差矯正方法。
背景技術(shù)：
隨著信號處理科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺作為人工智能的一個新領(lǐng)域也逐漸形成并得到了極大的發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)用攝像機(jī)代替人眼獲取景物圖像并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，利用計(jì)算機(jī)代替人的大腦對客觀世界進(jìn)行視覺感知和解釋。雖然目前還不能夠使計(jì)算機(jī)、機(jī)器人或其他智能機(jī)器也具有像人類等生物那樣高效、靈活和通用的視覺，但自20世紀(jì)50年代以來視覺理論和技術(shù)得到了迅速發(fā)展，從阿帕奇上的頭盔瞄準(zhǔn)到軍用車輛上的電子穩(wěn)像，從導(dǎo)彈上的圖像制導(dǎo)到軍事目標(biāo)識別，計(jì)算機(jī)視覺已被廣泛的應(yīng)用于軍事、制造業(yè)、檢驗(yàn)、文檔分析、醫(yī)療診斷等各種領(lǐng)域。而隨著個人計(jì)算機(jī)的發(fā)展，硬件成本的 降低促進(jìn)了計(jì)算機(jī)視覺這一新興技術(shù)逐步走入人們的生活，為人們所熟悉。通常一個完整的立體視覺系統(tǒng)的工作過程包括攝像機(jī)標(biāo)定、特征提取、立體匹配、三維重建等部分，而三維重建是計(jì)算機(jī)視覺研究的最終目的之一。其中旋轉(zhuǎn)三維重建技術(shù)，將觀測物體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動作為限制條件，從而獲取物體的運(yùn)動信息，提高三維重建效率與精度。然而，由于顯微視覺系統(tǒng)中顯微運(yùn)動視頻由高倍顯微鏡與CCD圖像傳感器采集到，微小對象的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動存在明顯的運(yùn)動位置偏移，極大地影響了后期的三維重建。同時目前計(jì)算機(jī)視覺中的誤差矯正方法都是基于光學(xué)畸變誤差，一般通過建立相應(yīng)的光學(xué)畸變模型進(jìn)行圖像校正，這類矯正方法主要側(cè)重于圖像成像過程中產(chǎn)生的光學(xué)畸變，卻沒有考慮到顯微序列圖像間的運(yùn)動變換關(guān)系，忽視了運(yùn)動偏移導(dǎo)致的圖像誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種顯微視覺系統(tǒng)中運(yùn)動誤差矯正方法，其目的是為了克服顯微視覺系統(tǒng)下旋轉(zhuǎn)三維重建過程中存在明顯的運(yùn)動位置偏移，能夠準(zhǔn)確評估顯微視覺系統(tǒng)的運(yùn)動誤差，建立誤差矯正模型，對采集到的顯微圖像進(jìn)行預(yù)處理，顯著減小運(yùn)動誤差。一種顯微視覺系統(tǒng)中運(yùn)動誤差矯正方法，應(yīng)用于顯微視覺系統(tǒng)，所述顯微視覺系統(tǒng)包括用于獲取被觀測物體的顯微圖像的單目光學(xué)顯微鏡和攝像機(jī)，載物臺以及控制所述載物臺作一定傾斜角度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的運(yùn)動控制設(shè)備，以及用來進(jìn)行視覺處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述矯正方法包括步驟(I)建立誤差矯正模型；(2)調(diào)整載物臺位置以適應(yīng)被觀測物體，采用標(biāo)定板對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算出攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)；(3)根據(jù)所述攝像機(jī)錄制的被觀測物體的顯微圖像對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，將步驟(2)得到的攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)代入誤差矯正模型，計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的偏移矯正向量，對所述顯微圖像進(jìn)行矯正。
進(jìn)一步地，所述步驟(I)建立誤差矯正模型包括步驟(I. I)采用標(biāo)定板對所述攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，確定所述攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，建立顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型；(I. 2)對標(biāo)定板進(jìn)行角點(diǎn)跟蹤；(I. 3)確定顯微視覺系統(tǒng)載物臺旋轉(zhuǎn)軸；(I. 4)建立理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡；(I. 5)構(gòu)建誤差矯正模型。進(jìn)一步地,所述攝像機(jī)模型通過空間點(diǎn)P = [X，y，z]與其在攝像機(jī)中顯示的二維圖像上的投影點(diǎn)P = [U，V]的關(guān)系表示為-A=AlR TJP ;
其中河Pf分別是P和P加I的增向量，S是尺度因子，A為攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，[RT]為攝像機(jī)外參矩陣。進(jìn)一步地，所述標(biāo)定板是微棋盤格，所述步驟(I. 2)包括步驟(I. 2. I)、輸入所述攝像機(jī)采集的微棋盤格顯微運(yùn)動視頻，截幀獲取K張顯微序列圖像；(1. 2. 2)、取其中一張圖像，轉(zhuǎn)換為灰度圖，建立角點(diǎn)的集合U，和空的鏈表L ；(I. 2. 3)、從集合U中搜索找到棋盤格頂點(diǎn)，將該點(diǎn)移到鏈表L中并設(shè)為基點(diǎn)；(I. 2. 4)、根據(jù)集合U中任意兩點(diǎn)間最短距離，建立基點(diǎn)的搜索域；(I. 2. 5)、如果在搜索域中找到兩個角點(diǎn)，并且當(dāng)前基點(diǎn)是邊界角點(diǎn)，則根據(jù)兩角點(diǎn)與基點(diǎn)的關(guān)系，調(diào)整它們的順序，并移動到鏈表L中；如果找到一個角點(diǎn)，并且當(dāng)前基點(diǎn)非邊界角點(diǎn)，則直接移動到鏈表L中；否則調(diào)整搜索域，重復(fù)步驟(1.2.5)；(1.2.6)如果鏈表L長度達(dá)到N，則保存鏈表L，取下一張圖像，回到(1.2.2);否貝U，取鏈表L中基點(diǎn)的下一個點(diǎn)為當(dāng)前基點(diǎn)，回到步驟(1.2.4)；(I. 2. 7)當(dāng)K張顯微序列圖像都經(jīng)過角點(diǎn)檢測并編號，則得到K個鏈表L，根據(jù)角點(diǎn)序號建立對應(yīng)關(guān)系，得到N個角點(diǎn)跟蹤軌跡。根據(jù)本發(fā)明的角點(diǎn)跟蹤策略，可以避開復(fù)雜的角點(diǎn)匹配過程，卻能夠準(zhǔn)確地跟蹤角點(diǎn)完整的運(yùn)動軌跡。進(jìn)一步地，所述步驟(I. 2)還包括步驟對于每一個角點(diǎn)，獲取K個旋轉(zhuǎn)的跟蹤點(diǎn)，對這些跟蹤點(diǎn)經(jīng)過最小二乘法擬合出角點(diǎn)運(yùn)動的二次曲線為該角點(diǎn)的真實(shí)的跟蹤軌跡，其中η為角點(diǎn)的序號；重復(fù)上述步驟得到N個角點(diǎn)的跟蹤軌跡。進(jìn)一步地，所述確定顯微視覺系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸是指通過角點(diǎn)跟蹤得到的N個角點(diǎn)跟蹤軌跡，由軌跡上的離散點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)求平均，近似得到旋轉(zhuǎn)軸與載物臺的交點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)，利用攝像機(jī)模型反投影得到該交點(diǎn)的世界坐標(biāo)，從而確定旋轉(zhuǎn)軸。進(jìn)一步地,所述建立理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡是指對于空間中一點(diǎn)，繞所述旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)不同角度，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到一組新的空間點(diǎn)，再分別通過所述攝像機(jī)模型投影變換，產(chǎn)生一組二維投影點(diǎn)，這些點(diǎn)經(jīng)過最小二乘法擬合得到的二次曲線就是該點(diǎn)的理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡，針對所述的N個角點(diǎn),建立所述N個角點(diǎn)的理想運(yùn)動軌跡Cn,其中η為角點(diǎn)的序號。進(jìn)一步地，所述步驟(I. 5)構(gòu)建誤差矯正模型包括步驟空間點(diǎn)P繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度Θ得到理想點(diǎn)坐標(biāo)P’(X’，y’，ζ’)和實(shí)際點(diǎn)坐標(biāo)(u，，v，)和分別為p’j的二維圖像點(diǎn)，那么滿足下面兩個公式:
Γ 「X'
Ui](s V' =4^ T]
Z
I
u—
卜 「&
UΛ>^ V =^R Τ] {
ζ
I
L JI將上述公式相減可得s7fe =ARDr9其中A =( .ν'-. ，,ζ'-5)為世界坐標(biāo)系上的位置偏移量，4 =( '- ,ν'- Ο為二維圖像坐標(biāo)系上的位置偏移量，而石為d0的增O向量；通過所述N個角點(diǎn)的跟蹤軌跡與理想運(yùn)動軌跡得到 θ= 士乞((;;(％08 -( ;,(i )cos 砟 4,2( ;,_n<9-(:胸 sin 外 O
乂 N ^zlAlJ其中Cn為第η個角點(diǎn)的理想運(yùn)動軌跡的兩次曲線，(\(0)為第η個角點(diǎn)的跟蹤軌跡的兩次曲線；經(jīng)過變換得到誤差矯正模型EeS: Ee=Dl = SR-1A-1J^其中s是尺度因子，A為攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，[R Τ]為攝像機(jī)外參矩陣。其中，所述攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)包括尺度因子，內(nèi)參矩陣和外參矩陣。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在只要通過一次誤差評估就能夠建立起顯微視覺系統(tǒng)的誤差矯正模型，利用該模型能夠矯正系統(tǒng)采集的任意顯微運(yùn)動視頻，減小系統(tǒng)的運(yùn)動誤差，提高三維重建精度，具有較好的實(shí)用性。


圖I是顯微視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明顯微視覺系統(tǒng)中運(yùn)動誤差矯正方法的流程圖；圖3是本發(fā)明顯微視覺系統(tǒng)中建立誤差矯正模型的流程圖；圖4是顯微視覺系統(tǒng)的幾何模型示意圖；圖5是顯微圖像經(jīng)過角點(diǎn)檢測及編號算法后的結(jié)果示意圖；圖6是顯微運(yùn)動視頻內(nèi)15個角點(diǎn)經(jīng)過角點(diǎn)跟蹤策略后得到的跟蹤結(jié)果示意圖；圖7是誤差評估結(jié)果的示意圖；圖8是誤差矯正模型的示意圖；圖9是顯微運(yùn)動視頻經(jīng)過誤差矯正后其中四幀的結(jié)果示意圖；圖IOa是本發(fā)明實(shí)施例載物臺傾斜0°矯正前后誤差評估結(jié)果對比示意圖；圖IOb是本發(fā)明實(shí)施例載物臺傾斜5°矯正前后誤差評估結(jié)果對比示意圖；圖IOc是本發(fā)明實(shí)施例載物臺傾斜15°矯正前后誤差評估結(jié)果對比示意圖11是矯正前后誤差評估結(jié)果的表格表示形式。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，以下實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。本發(fā)明采用的顯微視覺系統(tǒng)，如圖I所示，包括單目光學(xué)顯微鏡I與攝像機(jī)2，負(fù)責(zé)獲取被觀測物體的顯微圖像(或者顯微視頻)；還包括載物臺3和運(yùn)動控制設(shè)備4，攝像機(jī)2與運(yùn)動控制設(shè)備4均連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5 —方面通過運(yùn)動控制設(shè)備4控制載物臺3作一定傾斜角度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，另一方面作為視覺信息處理系統(tǒng)將獲取的顯微運(yùn)動視頻作為輸入數(shù)據(jù)，利用旋轉(zhuǎn)三維重建方法，精確計(jì)算出微小對象的三維結(jié)構(gòu)。下面以圖I為例，詳細(xì)描述本發(fā)明顯微視覺系統(tǒng)中運(yùn)動誤差矯正方法，具體方法流程如圖2所示，包括如下步驟·
步驟201、建立誤差矯正模型。具體地，建立誤差矯正模型的方法流程如圖3所示，包括步驟步驟301、采用標(biāo)定板微棋盤格對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，精確得到攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)，建立顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型。具體地，本發(fā)明采用張正友的平面標(biāo)定方法(Z. Zhang. A Flexible New Techniquefor Camera Calibration[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and MachineIntelligence, 2000, 22 (11) : 1330-1334 (2000))，標(biāo)定板為精密加工過的微棋盤格，利用運(yùn)動控制設(shè)備4調(diào)整載物臺3，用單目光學(xué)顯微鏡I和攝像機(jī)2采集微棋盤格在不同角度下的十張顯微圖像(其中包含顯微視頻的初始幀)作為攝像機(jī)標(biāo)定的輸入數(shù)據(jù)。通過攝像機(jī)標(biāo)定精確得到攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)，從而建立系統(tǒng)的攝像機(jī)模型，建立的攝像機(jī)模型如圖4所不，其中，坐標(biāo)系0。-乂。￥。2。為攝像機(jī)坐標(biāo)系{C}, Oc為顯微攝像機(jī)的光心，Zc軸為顯微攝像機(jī)的光軸。坐標(biāo)系O-UV為二維圖像坐標(biāo)系，攝像機(jī)光軸與之垂直相交點(diǎn)O’(u。，V。)。坐標(biāo)系Ow-XwYwZw為世界坐標(biāo)系{W}，為基準(zhǔn)坐標(biāo)系，用來描述在物理環(huán)境中顯微攝像機(jī)的位置和微小對象的位置?？臻g點(diǎn)P= [X，y，z]與其在攝像機(jī)中顯示的二維圖像上的投影點(diǎn)P= [U，V]的關(guān)系表不如下s羅= AlR TJP(I)其中聲和戶分別是P和P加I的增向量，s是尺度因子，A為攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，[R T]為攝像機(jī)外參矩陣。步驟302、對標(biāo)定板微棋盤格進(jìn)行角點(diǎn)跟蹤。具體地，攝像機(jī)采集微棋盤格顯微運(yùn)動視頻，針對微棋盤格顯微序列圖像的特性，先從顯微視頻截幀獲取K張顯微序列圖像，然后檢測每張圖像中的所有角點(diǎn)并對其中N個角點(diǎn)進(jìn)行編號得到角點(diǎn)序列，如圖5所示，根據(jù)角點(diǎn)序號便可以對K張顯微序列圖像中K*N個角點(diǎn)建立對應(yīng)關(guān)系，得到N個角點(diǎn)跟蹤軌跡,如圖6所示。角點(diǎn)跟蹤的具體步驟如下第一步輸入顯微運(yùn)動視頻，截幀獲取K張顯微序列圖像，即得到K張棋盤格一角的視圖；第二步取其中一張圖像，轉(zhuǎn)換為灰度圖，利用Harris角點(diǎn)檢測(C. Harris,M. Stephens,“A combined comer and edge detector”，Proc.Alvey Vision Conference,1988，pp. 189-192 一種角點(diǎn)和邊界點(diǎn)的檢查子)，建立角點(diǎn)的集合U，和空的鏈表L ；第三步從集合U中搜索找到微棋盤格頂點(diǎn)，將該點(diǎn)移到鏈表L中并設(shè)為基點(diǎn)；第四步根據(jù)集合U中任意兩點(diǎn)間最短距離，建立基點(diǎn)的搜索域；第五步如果在搜索域中找到兩個角點(diǎn)，并且當(dāng)前基點(diǎn)是邊界角點(diǎn)，則根據(jù)兩角點(diǎn)與基點(diǎn)的關(guān)系，調(diào)整它們的順序，并移動到鏈表L中；如果找到一個角點(diǎn)，并且當(dāng)前基點(diǎn)非邊界角點(diǎn)，則直接移動到鏈表L中；否則調(diào)整搜索域，重復(fù)步驟五第六步如果鏈表L長度達(dá)到N，則保存鏈表L，取下一張圖像，回到步驟二 ；否則，取鏈表L中基點(diǎn)的下一個點(diǎn)為當(dāng)前基點(diǎn)，回到步驟四；
第七步當(dāng)K張顯微序列圖像都經(jīng)過角點(diǎn)檢測并編號，則得到K個鏈表L，根據(jù)角點(diǎn)序號建立對應(yīng)關(guān)系，得到N個角點(diǎn)的跟蹤軌跡。對每個角點(diǎn)的跟蹤點(diǎn)經(jīng)過最小二乘法擬合出角點(diǎn)運(yùn)動的二次曲線，為該角點(diǎn)的真實(shí)的跟蹤軌跡，其中η為角點(diǎn)的序號；重復(fù)上述步驟得到N個角點(diǎn)的跟蹤軌跡。根據(jù)本發(fā)明的角點(diǎn)跟蹤策略，可以避開復(fù)雜的角點(diǎn)匹配過程，卻能夠準(zhǔn)確地跟蹤角點(diǎn)完整的運(yùn)動軌跡。步驟303、載物臺旋轉(zhuǎn)軸的確定。由于顯微視覺系統(tǒng)下載物臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為同一平面內(nèi)的運(yùn)動，如圖4所示，將世界坐標(biāo)系建立在載物臺上，即載物臺的旋轉(zhuǎn)平面為世界坐標(biāo)系中O-XY平面，則旋轉(zhuǎn)軸Lg的方向向量為V =
，并垂直交與O-XY平面點(diǎn)G，那么只需求出旋轉(zhuǎn)軸垂直交與載物臺的交點(diǎn)G的世界坐標(biāo)，就可以確定旋轉(zhuǎn)軸的空間位置。通過某個角點(diǎn)的跟蹤軌跡，由軌跡上的離散點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)求平均，近似得到交點(diǎn)G的二維圖像坐標(biāo)，利用公式(I)得到交點(diǎn)G的世界坐標(biāo)，交點(diǎn)G與旋轉(zhuǎn)軸的方向向量V=
共同確定了載物臺的旋轉(zhuǎn)軸Lg。步驟304、建立理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡。理論上，空間中某點(diǎn)繞固定旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)不同角度，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到一組新的空間點(diǎn)，再分別通過攝像機(jī)模型投影變換，產(chǎn)生一組二維投影點(diǎn)，這些點(diǎn)經(jīng)過最小二乘法擬合得到的二次曲線就是該點(diǎn)的理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡。下面詳細(xì)說明理想旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡中離散的二維投影點(diǎn)的求解原理假設(shè)空間點(diǎn)P繞旋轉(zhuǎn)軸Lg旋轉(zhuǎn)不同角度Θ i(逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度可以被運(yùn)動控制系統(tǒng)精確測量)，得到新的空間點(diǎn)P’ i，經(jīng)過攝像機(jī)投影變換得到二維圖像點(diǎn)P’ i，那么，P=[X，y，ζ]與p’ i = [Ui, Vi]的關(guān)系通過#與》',.表達(dá)如下
τ{ I φαΑ) ο Γ I r1]-< sP^-I ] οΓ I οΓ I Or I(2)
Rv (^i) = (I-Cos^1 )=t=v*vr + cosQi */+sin6>,. *[v]x其中，戶和K是P和的加I增向量,Rv(Qi)為空間上繞單軸旋轉(zhuǎn)角度Qi的旋轉(zhuǎn)矩陣，V為旋轉(zhuǎn)軸的方向向量，[v]x為V的反對稱向量，I為3X3的單位向量，t為將世界坐標(biāo)系原點(diǎn)偏移到旋轉(zhuǎn)軸上的偏移向量。通過公式⑵可以確定任意空間點(diǎn)的理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡。針對微棋盤格的N個角點(diǎn)，建立每個角點(diǎn)的理想運(yùn)動軌跡Cn，其中η為角點(diǎn)的序號。
步驟305、進(jìn)行運(yùn)動誤差評估，建立誤差矯正模型。利用本發(fā)明中提出的角點(diǎn)跟蹤策略，可以擬合出N個角點(diǎn)的運(yùn)動的二次曲線為真實(shí)的跟蹤軌跡，同時對每個角點(diǎn)，建立理想的運(yùn)動軌跡Cn，通過下面公式可以評估旋轉(zhuǎn)到任意角度Θ時存在的誤差值
權(quán)利要求
1.一種顯微視覺系統(tǒng)中運(yùn)動誤差矯正方法，應(yīng)用于顯微視覺系統(tǒng)，所述顯微視覺系統(tǒng)包括用于獲取被觀測物體的顯微圖像的單目光學(xué)顯微鏡和攝像機(jī)，載物臺以及控制所述載物臺作一定傾斜角度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的運(yùn)動控制設(shè)備，以及用來進(jìn)行視覺處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述矯正方法包括步驟 (1)建立誤差矯正模型； (2)調(diào)整載物臺位置以適應(yīng)被觀測物體，采用標(biāo)定板對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算出攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)； (3)根據(jù)所述攝像機(jī)錄制的被觀測物體的顯微圖像對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，將步驟(2)得到的攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)代入所述誤差矯正模型，計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的偏移矯正向量，對所述顯微圖像進(jìn)行矯正。
2.如權(quán)利要求I所述的運(yùn)動誤差矯正方法，其特征在于，所述步驟(I)建立誤差矯正模型包括步驟 (I. D采用標(biāo)定板對所述攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，確定所述攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，建立顯微視覺系統(tǒng)的攝像機(jī)模型； (I. 2)對標(biāo)定板進(jìn)行角點(diǎn)跟蹤； (I. 3)確定顯微視覺系統(tǒng)載物臺旋轉(zhuǎn)軸； (I. 4)建立理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡； (1.5)構(gòu)建誤差矯正模型。
3.如權(quán)利要求2所述的運(yùn)動誤差矯正方法，其特征在于，所述攝像機(jī)模型通過空間點(diǎn)P = [X，1，z]與其在攝像機(jī)中顯示的二維圖像上的投影點(diǎn)P = [U，V]的關(guān)系表示為 其中戶和戶分別是P和P加I的增向量，S是尺度因子，A為攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，[RT]為攝像機(jī)外參矩陣。
4.如權(quán)利要求2所述的運(yùn)動誤差矯正方法，其特征在于，所述標(biāo)定板是微棋盤格，所述步驟(I. 2)包括步驟 (I. 2. I)、輸入所述攝像機(jī)采集的微棋盤格顯微運(yùn)動視頻，截幀獲取K張顯微序列圖像； (I. 2. 2)、取其中一張圖像，轉(zhuǎn)換為灰度圖，建立角點(diǎn)的集合U，和空的鏈表L ； (I. 2. 3)、從集合U中搜索找到棋盤格頂點(diǎn)，將該點(diǎn)移到鏈表L中并設(shè)為基點(diǎn)； (I. 2. 4)、根據(jù)集合U中任意兩點(diǎn)間最短距離，建立基點(diǎn)的搜索域； (1.2. 5)、如果在搜索域中找到兩個角點(diǎn)，并且當(dāng)前基點(diǎn)是邊界角點(diǎn)，則根據(jù)兩角點(diǎn)與基點(diǎn)的關(guān)系，調(diào)整它們的順序，并移動到鏈表L中；如果找到一個角點(diǎn)，并且當(dāng)前基點(diǎn)非邊界角點(diǎn)，則直接移動到鏈表L中；否則調(diào)整搜索域，重復(fù)步驟(I. 2. 5)； (1.2.6)如果鏈表L長度達(dá)到N，則保存鏈表L，取下一張圖像，回到(1.2.2);否則，取鏈表L中基點(diǎn)的下一個點(diǎn)為當(dāng)前基點(diǎn)，回到步驟(1.2.4)； (I. 2. 7)當(dāng)K張顯微序列圖像都經(jīng)過角點(diǎn)檢測并編號，則得到K個鏈表L，根據(jù)角點(diǎn)序號建立對應(yīng)關(guān)系，得到N個角點(diǎn)跟蹤軌跡。
5.如權(quán)利要求4所述的運(yùn)動誤差矯正方法，其特征在于所述步驟(I.2)還包括步驟 對于每一個角點(diǎn)，獲取K個旋轉(zhuǎn)的跟蹤點(diǎn)，對這些跟蹤點(diǎn)經(jīng)過最小二乘法擬合出角點(diǎn)運(yùn)動的二次曲線 ，為該角點(diǎn)的真實(shí)的跟蹤軌跡，其中η為角點(diǎn)的序號； 重復(fù)上述步驟得到N個角點(diǎn)的跟蹤軌跡。
6.如權(quán)利要求5所述的運(yùn)動誤差矯正方法，其特征在于，所述確定顯微視覺系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸是指通過角點(diǎn)跟蹤得到的N個角點(diǎn)跟蹤軌跡，由軌跡上的離散點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)求平均，近似得到旋轉(zhuǎn)軸與載物臺的交點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)，利用攝像機(jī)模型反投影得到該交點(diǎn)的世界坐標(biāo)，從而確定旋轉(zhuǎn)軸。
7.如權(quán)利要求6所述的運(yùn)動誤差矯正方法，其特征在于，所述建立理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡是指對于空間中一點(diǎn)，繞所述旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)不同角度，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到一組新的空間點(diǎn)，再分別通過所述攝像機(jī)模型投影變換，產(chǎn)生一組二維投影點(diǎn)，這些點(diǎn)經(jīng)過最小二乘法擬合得到的二次曲線就是該點(diǎn)的理想的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡，針對所述的N個角點(diǎn)，建立所述N個角點(diǎn)的理想運(yùn)動軌跡Cn，其中η為角點(diǎn)的序號。
8.如權(quán)利要求7所述的運(yùn)動誤差矯正方法，其特征在于，所述步驟(1.5)包括步驟 空間點(diǎn)P繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度Θ得到理想點(diǎn)坐標(biāo)P’(X’，y’，ζ’)和實(shí)際點(diǎn)坐標(biāo)P(x,yJ),pf (u，，v，)和如U，)分別為P’、#的二維圖像點(diǎn)，那么滿足下面兩個公式
9.如權(quán)利要求I所述的運(yùn)動誤差矯正方法，其特征在于，所述攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)包括尺度因子，內(nèi)參矩陣和外參矩陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顯微視覺系統(tǒng)中運(yùn)動誤差矯正方法，應(yīng)用于顯微視覺系統(tǒng)，首先通過標(biāo)定板對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，建立攝像機(jī)模型，對標(biāo)定板的角點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，通過最小二乘法擬合出角點(diǎn)的跟蹤軌跡和理想旋轉(zhuǎn)軌跡，然后進(jìn)行誤差評估，建立誤差矯正模型，從而利用誤差矯正模型對顯微圖像進(jìn)行矯正。本發(fā)明的方法只需通過一次誤差評估就能建立起顯微視覺系統(tǒng)的誤差矯正模型，利用該模型能夠矯正系統(tǒng)采集的任意顯微運(yùn)動視頻，減小系統(tǒng)的運(yùn)動誤差，提高三維重建精度，具有較好的實(shí)用性。
文檔編號G06T5/00GK102842117SQ20121024307
公開日2012年12月26日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者劉盛, 翟斌斌, 金海強(qiáng), 陳勝勇 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)