一種仿生眼的電子穩像驗證裝置及驗證方法與流程
2023-09-19 06:22:55
本發明涉及仿生機器人技術領域，具體而言，涉及一種仿生眼的電子穩像驗證裝置及驗證方法。
背景技術：
隨著機器人的廣泛應用，仿生技術得到了發展。在仿生技術領域，圖像的高穩定性對提高識別、跟蹤精度具有決定的作用。電子穩像技術是應用計算機數字圖像處理和電子技術相結合的方法，去除因為平臺隨機運動而引入的圖像擾動，致使圖像序列穩定的技術。近年，電子穩像算法也逐漸應用到仿生技術中。目前，在仿生技術領域，大多數的研究都停留在如何對圖像進行穩像，得到穩定平滑的圖像序列。但是，對於電子穩像後的圖像穩定性的驗證方法很少有人研究。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種仿生眼的電子穩像驗證裝置及驗證方法，用於對穩像後的圖像穩定性進行實驗驗證。
本發明提供了一種仿生眼的電子穩像驗證裝置，包括：
仿生眼，其為球形，所述仿生眼通過第一轉軸可旋轉的安裝在第一固定平臺上，所述仿生眼上安裝有水平方向的第一連接軸、光軸方向的第二連接軸和垂直方向的第三連接軸，所述第一連接軸、所述第二連接軸和所述第三連接軸的一端分別安裝有第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機，所述第一連接軸、所述第二連接軸和所述第三連接軸的另一端分別穿過所述仿生眼，並在所述仿生眼的球心處交匯，所述仿生眼的正面的中心處安裝有攝像頭；
圖像處理器，其設於所述仿生眼內；
圓形球體，其與剛性連杆的一端相連，所述連杆的另一端與第四伺服電機連接，所述第四伺服電機通過第二轉軸可旋轉的安裝在固定杆上，所述固定杆安裝在第二固定平臺上；
第一伺服電機驅動器，其與所述第一伺服電機、所述第二伺服電機和所述第三伺服電機連接；
第二伺服電機驅動器，其與所述第四伺服電機連接；
其中，所述連杆和所述第二轉軸水平安裝，所述第一轉軸和所述固定杆垂直安裝，所述圓形球體及所述連杆的旋轉平面與所述仿生眼的正面垂直。
作為本發明進一步的改進，所述圓形球體為帶有明顯顏色特徵的圓形球體。
本發明還提供了一種仿生眼的電子穩像驗證方法，該方法包括以下步驟：
步驟1，所述圓形球體作為觀測目標，讓所述圓形球體與所述仿生眼相距1米，保持所述圓形球體靜止，所述攝像頭捕捉所述圓形球體的靜態圖像；
步驟2，所述圖像處理器對所述靜態圖像進行處理，得到靜止狀態下所述圓形球體的球心坐標；
步驟3，通過所述第二伺服電機驅動器控制所述第四伺服電機，使得所述連杆旋轉，並帶動所述圓形球體旋轉；
步驟4，所述仿生眼在所述第一伺服電機、所述第二伺服電機和所述第三伺服電機的驅動下進行三自由度的運動，使得所述攝像頭捕捉所述圓形球體全場景的動態視頻圖像，得到動態圖像序列；
步驟5，所述圖像處理器對所述動態圖像序列進行穩像處理，得到穩定的圖像序列；
步驟6，所述圖像處理器對步驟5中得到的穩定圖像序列進行處理，得到穩像後的所述圓形球體的球心坐標；
步驟7，對比步驟2和步驟6中的球心坐標的偏差，得到圖像穩定性，即光軸角度最大振蕩幅度。
作為本發明進一步的改進，步驟4中，所述仿生眼三自由度的運動具體為：所述第一伺服電機驅動所述第一連接軸俯仰運動，帶動所述第二連接軸和所述第三連接軸一起俯仰運動，使得所述仿生眼俯仰運動；所述第二伺服電機驅動所述第二連接軸繞光軸運動，帶動所述第一連接軸和所述第三連接軸一起繞光軸運動，使得所述仿生眼繞光軸運動；所述第三伺服電機驅動所述第三連接軸左右運動，帶動所述第一連接軸和所述第二連接軸繞光軸運動，使得所述仿生眼左右運動。
作為本發明進一步的改進，所述圖像處理器採用基於SIFT特徵點匹配的電子穩像算法進行穩像處理。
作為本發明進一步的改進，所述圖像處理器採用均值移動算法對圖像進行處理得到所述圓形球體的球心坐標。
作為本發明進一步的改進，穩像後的球中心坐標與靜態偏差不超過1像素。
作為本發明進一步的改進，當所述攝像頭的焦距f＝2mm，所述攝像頭的圖像敏感單元的像素尺寸為6um，圖像穩定性為6um/2mm＝0.003rad。
本發明的有益效果為：
通過有明顯顏色特徵的圓形球體作為觀測目標，分別獲取圓形球體的靜態圖像和動態圖像，對比圓形球體的球心坐標的偏差，可得到圖像的穩定性，實現對穩像算法的驗證。
附圖說明
圖1為本發明實施例所述的一種仿生眼的電子穩像驗證裝置的結構示意圖。
圖中，
1、仿生眼；2、攝像頭；31、第一轉軸；32、第二轉軸；41、第一固定平臺；42、第二固定平臺；51、第一伺服電機；52、第二伺服電機；53、第三伺服電機；6、圓形球體；7、連杆；8、固定杆；91、第一連接軸；92、第二連接軸；93、第三連接軸。
具體實施方式
下面通過具體的實施例並結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
如圖1所示，本發明實施例的一種仿生眼的電子穩像驗證裝置。
仿生眼1為球形，仿生眼1通過第一轉軸31可旋轉的安裝在第一固定平臺41上，仿生眼1上安裝有水平方向的第一連接軸91、光軸方向的第二連接軸92和垂直方向的第三連接軸93，第一連接軸91、第二連接軸92和第三連接軸93的一端分別安裝有第一伺服電機51、第二伺服電機52和第三伺服電機53，第一連接軸91、第二連接軸92和第三連接軸93的另一端分別穿過仿生眼1，並在仿生眼1的球心處交匯，仿生眼1的正面的中心處安裝有攝像頭2。
圖像處理器設於仿生眼1內，用於對攝像頭2採集的圖像進行處理。
圓形球體6與剛性連杆7的一端相連，連杆7的另一端與第四伺服電機54連接，第四伺服電機54通過第二轉軸32可旋轉的安裝在固定杆8上，固定杆8安裝在第二固定平臺42上。
第一伺服電機驅動器與第一伺服電機51、第二伺服電機52和第三伺服電機53連接。第二伺服電機驅動器與第四伺服電機54連接。
其中，連杆7和第二轉軸32水平安裝，第一轉軸31和固定杆8垂直安裝，圓形球體6及連杆7的旋轉平面與仿生眼1的正面垂直。
進一步的，為了更好的進行驗證，更好的捕捉圖像，圓形球體6為帶有明顯顏色特徵的桌球。
在利用該驗證裝置對穩像算法進行驗證時，採用以下步驟：
步驟1，圓形球體6作為觀測目標，讓圓形球體6與仿生眼1相距1米，保持圓形球體6靜止，攝像頭2捕捉圓形球體6的靜態圖像；
步驟2，圖像處理器對靜態圖像進行處理，得到靜止狀態下圓形球體6的球心坐標。
步驟3，通過第二伺服電機驅動器控制第四伺服電機54，使得連杆7旋轉，並帶動圓形球體6旋轉。
步驟4，仿生眼1在第一伺服電機51、第二伺服電機52和第三伺服電機53的驅動下進行三自由度的運動，使得攝像頭2捕捉圓形球體6全場景的動態視頻圖像，得到動態圖像序列。
其中，仿生眼1三自由度的運動具體為：第一伺服電機51驅動第一連接軸91俯仰運動，帶動第二連接軸92和第三連接軸93一起俯仰運動，使得仿生眼1俯仰運動；第二伺服電機52驅動第二連接軸92繞光軸運動，帶動第一連接軸91和第三連接軸93一起繞光軸運動，使得仿生眼1繞光軸運動；第三伺服電機53驅動第三連接軸93左右運動，帶動第一連接軸91和第二連接軸92繞光軸運動，使得仿生眼1左右運動。
步驟5，圖像處理器對動態圖像序列進行穩像處理，得到穩定的圖像序列。
電子穩像算法主要包括運動估計和運動補償，現有的電子穩像算法主要採用塊匹配算法、位平面匹配算法、特徵點匹配算法、角點匹配算法。本實施例中可以採用基於SIFT特徵點匹配的電子穩像算法進行穩像處理。
步驟6，圖像處理器對步驟5中得到的穩定圖像序列進行處理，得到穩像後的圓形球體6的球心坐標。
步驟7，對比步驟2和步驟6中的球心坐標的偏差，得到圖像穩定性，即光軸角度最大振蕩幅度。
在對圓形球體6進行識別和定位時，圖像處理器可採用均值移動算法獲取圓形球體6極值位置，進一步得到球心坐標。
採用本驗證方法時，讓桌球旋轉後，保證穩像後的球中心坐標與靜態偏差不超過1像素，此時，當攝像頭2的焦距f＝2mm，攝像頭2的圖像敏感單元的像素尺寸為6um，圖像穩定性為6um/2mm＝0.003rad。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。