[发明专利]一种基于显微视觉的立针微平面亚像素级定位方法

权利要求书

1.一种基于显微视觉的立针微平面亚像素级定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集模板图像：将显微镜CCD对准立针微平面后，调节光源亮度或曝光时间，当立针微平面边缘清晰，完成采图，人工去除微平面表面噪声；

2)建立模板：根据模板图像建立模板，人工标注并记录步骤1)模板图像中用作定位的直线及其端点；设置寻找角度范围、角度步长、图像金字塔层数；提取模板图像边缘，记录边缘点点集q＝{q₁…q_n}，其中n为边缘点总数，记录边缘点对应位置的X、Y方向梯度以及对应幅值MagG^T到模板T(θ，h)，θ和h分别表示不同角度、金字塔层数；

3)模板匹配：获取模板T(θ，h)后，将立针放置在二维微纳加工平台上，通过夹具装夹，相机完成采图，通过模板匹配获取模板图像在待搜索图像中的位置和旋转角度，基于精密运动平台计算像素当量s，并统一相机坐标系和加工平台坐标系；

4)提取亚像素边缘：获取模板图像位置后，从在待搜索图像中提取出模板图像所在的局部区域Q，提取亚像素边缘，记为亚像素边缘点集E；

5)轮廓边缘提取：对模板图像所在局部区域Q，通过高斯模糊后，使用大津算法二值化，提取边缘点，记为边缘点集O；

6)直线检测：对边缘点集O进行直线检测，记录构成每条直线的直线边缘点集lq＝{lq₁…lq_z}；

7)直线拟合：在点集lq的邻域内搜索，如果存在步骤4)中亚像素边缘点集E的点，用点集E中的亚像素边缘点替换点集lq中的点，并拟合直线；

8)定位微平面：根据步骤7)所得直线位置、步骤3)所得像素当量s，以及加工平台和相机坐标变换关系，定位立针微平面在物理空间位置，进而确定立针微孔加工位置；

所述的步骤8)中定位微平面具体方法为：根据步骤7)中直线的位置关系，确定立针微平面上底和两条斜边的直线方程，计算上底和两条斜边的两个交点的中心，将其作为坐标轴原点，与上底垂直的坐标轴记为Y轴，朝向梯形内部的方向为正方向，完成立针微平面在图像中的定位；根据每一个像素所对应的物理尺寸s，以及实际微孔中心到上底的物理距离，确定图像坐标系加工微孔的位置，再通过图像坐标系与精密运动平台坐标系的转换关系，确定物理空间中立针微平面位置和微孔的加工位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于显微视觉的立针微平面亚像素级定位方法，其特征在于，所述步骤2)中建立模板的具体方法为：对步骤1)采集的模板图像通过人工框选感兴趣区域，记录感兴趣区域内信息为模板信息，在模板图像中标注用于定位微平面的直线边缘的位置，记录其端点；设置寻找角度范围θ_l至θ_h、角度步长θ_s、图像金字塔层数n，原始模板图像在高斯滤波后，按角度步长在角度范围内旋转得到不同角度模板图像；建立图像金子塔后，对不同角度、不同金字塔层数的模板图像通过Canny边缘检测方法，提取所有的模板图像的边缘点，并对感兴趣区域内边缘点间隔采样，记录边缘点所对应位置的X、Y方向梯度以及对应梯度幅值MagG^T到模板T(θ，h)，θ和h分别表示不同角度、金字塔层数。