基于无标定视觉伺服的激光标记自动跟踪引伸计控制方法

摘要

本发明公开了一种基于无标定视觉伺服的激光标记自动跟踪引伸计控制方法。采用图像雅克比矩阵在线辨识的方法，建立了激光标记与试样标记的实际距离即激光标记的跟踪位移量到图像空间跟踪位移量的映射关系，通过Karman滤波器辨识出雅克比矩阵与两标记中心点像素距离差计算出控制量，控制伺服电机带动五棱镜旋转，实现激光标记对试样标记的自动跟踪，拉伸过程中的激光标记位移量即为试样形变量。本发明不仅避免了现有视频引伸计的摄像机标定环节及由此引入的测量误差；而且实现了激光标记对试样标记的精密全程跟踪，抗环境干扰能力强，跟踪精度高。

主权项

1.一种基于无标定视觉伺服的激光标记自动跟踪引伸计控制方法，其特征在于，该方法的步骤如下：（1）采用数字图像处理方法分别求得试样标记中心点在图像空间中的k-1和k时刻的坐标(u₀(k-1),v₀(k-1))、(u₀(k),v₀(k))，再采用一阶预估方法求得试样标记中心点在图像空间中k+1时刻的坐标为：${\hat{f}}^{\#}(k+1)=f^{\#}\left(k\right)+(f^{\#}\left(k\right)-f^{\#}(k-1))=2f^{\#}\left(k\right)-f^{\#}(k-1)=(u_0(k+1),{2v}_0\left(k\right)-v_0(k-1))$公式中f^#(k)、f^#(k-1)分别为试样标记中心点在图像空间中k和k-1时刻坐标，为试样标记中心点在图像空间中k+1时刻坐标预估值，u₀(k)、v₀(k)分别为k时刻试样标记中心点在图像空间中的横坐标和纵坐标，k=1，…，n；（2）试样标记中心点的图像空间中k+1时刻的坐标可设为：f^#(k+1)＝(u₀(k+1),v₀(k+1))，即为k时刻激光标记中心点的期望坐标，同时采用数字图像处理方法获取当前k时刻激光标记中心点在图像空间中的坐标f^g(k)＝(u_g(k),v_g(k))，那么，激光标记和试样标记在同一竖直方向上的横坐标为u₀(k+1)＝u_g(k)，坐标误差为：$f_{\mathrm{error}}\left(k\right)={\hat{f}}^{\#}(k+1)-f^g\left(k\right)=(0,v_0(k+1)-v_g\left(k\right))=(0,{2v}_0\left(k\right)-v_0(k-1)-v_g\left(k\right))$公式中f_error(k)为激光标记和试样标记中心点在图像空间中k时刻坐标差，f^g(k)为激光标记中心点在图像空间中的坐标，u_g(k)、v_g(k)分别为激光标记中心点在图像空间中的横坐标和纵坐标，k=0，…,n；（3）通过Karman滤波器观测出f_error(k)从图像空间到实际运动空间映射关系的雅克比矩阵J(k)；（4）根据公式$\stackrel{.}{P}=J{\left(k\right)}^{-1}·f_{\mathrm{error}}\left(k\right)={J\left(k\right)}^{-1}·{(0,v_0(k+1)-v_g\left(k\right))}^T$计算出激光标记实际空间中的位移量J(k)^-1为雅克比矩阵J(k)的逆；（5）根据公式计算出实际控制量P_error控制伺服电机转速，带动五棱镜旋转，使激光标记在试样上扫描P_error位移量，实现激光标记对试样标记的自动跟踪，系数K为伺服电机速度响应约束参数，取为2*1矩阵中的数值，避免控制响应产生的超调。