显微视觉系统中运动误差矫正方法

摘要

本发明公开了一种显微视觉系统中运动误差矫正方法，应用于显微视觉系统，首先通过标定板对摄像机进行标定，建立摄像机模型，对标定板的角点进行跟踪，通过最小二乘法拟合出角点的跟踪轨迹和理想旋转轨迹，然后进行误差评估，建立误差矫正模型，从而利用误差矫正模型对显微图像进行矫正。本发明的方法只需通过一次误差评估就能建立起显微视觉系统的误差矫正模型，利用该模型能够矫正系统采集的任意显微运动视频，减小系统的运动误差，提高三维重建精度，具有较好的实用性。

主权项

一种显微视觉系统中运动误差矫正方法，应用于显微视觉系统，所述显微视觉系统包括用于获取被观测物体的显微图像的单目光学显微镜和摄像机，载物台以及控制所述载物台作一定倾斜角度的旋转运动的运动控制设备，以及用来进行视觉处理的计算机系统，其特征在于，所述矫正方法包括步骤：(1)建立误差矫正模型，包括步骤：(1.1)采用标定板对所述摄像机进行标定，确定所述摄像机的内外参数，建立显微视觉系统的摄像机模型；(1.2)对标定板进行角点跟踪，得到N个角点的跟踪轨迹；(1.3)确定显微视觉系统载物台旋转轴；(1.4)建立理想的旋转运动轨迹；(1.5)构建误差矫正模型；其中，步骤(1.5)包括步骤：空间点P绕所述旋转轴旋转角度θ得到理想点坐标P’(x’,y’,z’)和实际点坐标p’(u’,v’)和分别为P’、的二维图像点，那么满足下面两个公式：$s\left[\begin{array}{c}{u}^{\prime }\\ v^{\prime }\\ 1\end{array}\right]=A\left[\begin{array}{cc}R& T\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}^{\prime }\\ y^{\prime }\\ z^{\prime }\\ 1\end{array}\right]$$s\left[\begin{array}{c}\hat{u}\\ \hat{v}\\ 1\end{array}\right]=A\left[\begin{array}{cc}R& T\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\hat{x}\\ \hat{y}\\ \hat{z}\\ 1\end{array}\right]$其中s是尺度因子，A为摄像机内参矩阵，[R T]为摄像机外参矩阵；将上述公式相减可得：$s{\tilde{d}}_{\theta }^T={\mathrm{ARD}}_{\theta }^T,$其中为世界坐标系上的位置偏移量，为二维图像坐标系上的位置偏移量，而为d_θ的增0向量；其中通过所述N个角点的跟踪轨迹与理想的旋转运动轨迹得到：${\tilde{d}}_{\theta }=(\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}(C_n\left(\theta \right)\cos \theta -{\hat{C}}_n\left(\theta \right)\cos \theta ),\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}(C_n\left(\theta \right)\sin \theta -{\hat{C}}_n\left(\theta \right)\sin \theta ),0);$其中C_n为第n个角点的理想运动轨迹的两次曲线，为第n个角点的跟踪轨迹的两次曲线；经过变换得到误差矫正模型E_θ为：$E_{\theta }=D_{\theta }^T={\mathrm{sR}}^{-1}{A}^{-1}{\tilde{d}}_{\theta }^T$其中s是尺度因子，A为摄像机内参矩阵，[R T]为摄像机外参矩阵；(2)调整载物台位置以适应被观测物体，采用标定板对摄像机进行标定，计算出摄像机的内外参数；(3)根据所述摄像机录制的被观测物体的显微图像对应的旋转角度，将步骤(2)得到的摄像机的内外参数代入所述误差矫正模型，计算所述旋转角度对应的偏移矫正向量，对所述显微图像进行矫正。