校準vTool#

「Calibration vTool」可讓您對相機進行校準，以便將像素座標轉換為世界座標。

您可以將「校正」vTool 作為預處理步驟，隨後再使用「Geometric Pattern Matching 」vTool、「Region Feature Extraction 」vTool 或「Measurements」vTool 等工具。若您已對相機進行校正，後續使用的任何工具都會同時輸出像素座標與世界座標（以公尺為單位）。

如需購買 Calibration vTool 的授權，請造訪Basler 網站。

vTool 校準版本#

Calibration vTool 共有兩個版本。下表列出了各版本之間的差異。

運作原理#

根據相機上安裝的鏡頭不同，原始影像會呈現一定程度的徑向失真。此外，若未進行校正，您所進行的任何測量結果僅針對影像中的像素座標。

使用「校準 vTool」具有以下優點：

• 校正過程會產生變換資料，這些資料會套用至原始影像以消除畸變效應。
  最終產生的影像看起來彷彿是由理想的線性針孔相機拍攝而成，也就是說，目標場景中的直線會以直線的形式投影至影像上。
• 校正可消除透視失真。
  若使用廣角鏡頭，或相機未垂直對準放置待檢測物體的測量平面，便會產生透視失真。
  舉例來說，若相機的觀測方向呈傾斜狀態，現實世界中的正方形在相機眼中將呈現為一般四邊形，其中對邊並非平行，而是於消失點相交。
  因此，若機械設置無法讓您將相機垂直安裝於檢測平面上，相機校正將確保影像經過校正後，能真實呈現物體的樣貌。
• 校準是為了建立影像座標（以像素為單位）與世界座標（以公尺為單位）之間的對應關係。
  藉此，便能解決諸如測量現實世界中的距離，或是為機器人確定抓取位置等任務。
• 使用Calibration Pro vTool 時，您可以從不同的畸變與投影模型中進行選擇。這使得校準更加精確或具體，因為您可以根據應用類型及所使用的鏡頭來進行調整。

校準流程#

步驟 1：準備工作#

校準板#

「校準 vTool」可讓您針對單一測量平面對相機進行校準。此過程需要使用校準板。出廠預設情況下，「校準 vTool」提供多種尺寸的圓形網格校準板，您可在「校準板」下拉式清單中選取。

請根據相機的視野選擇校正板的尺寸。若目標場景涵蓋整個視野範圍，校正板應大致覆蓋整個影像區域。

在大多數情況下，校準板的尺寸最好比影像區域稍大一些。為了獲得最佳的校準結果，應確保整個影像區域均被校準板的圓形網格所覆蓋。若目標場景僅包含完整視野中的一部分，則使用僅覆蓋該特定區域的校準板即可。

要製作校準板，請列印提供的其中一個範本，並將其黏貼在堅固、平整且水平表面上，例如厚紙板或鋁板。對於一般應用或評估用途而言，標準印表機或繪圖機的列印精度通常已足夠。

若現有尺寸無法滿足您的需求，我們可應要求提供客製化校準板。如需此服務，請聯絡Basler 技術支援部門。

失真模型（僅限專業版）#

透過選擇適合您應用情境的變形模型，您可以產生更精確的變換資料，用以校正變形效應。共有兩種模型可供選擇：

• 分類：此模型適用於大多數應用場景，特別適合機器人或零件定位的應用。它僅使用一個係數來建模畸變。因此，該模型具有極高的穩健性，並能產生良好的結果。
• 多項式：此模型可獲得更精確的校正結果。應將其應用於測量情境，或當鏡頭畸變較嚴重時使用。此模型使用五個係數來建模畸變。

預測模型（僅限專業版）#

選擇投影模式可讓您將所使用的鏡頭類型納入考量。共有兩種模式可供選擇：

• 觀點：使用內心點鏡片時，建議選用此款型號。
• 平行：使用同心距鏡頭時，建議採用此型號。

要執行步驟 1，請前往「設定 vTool」。

步驟 2：相機校正#

在此步驟中，您將取得校準板的影像。您可以透過相機擷取即時影像，或從磁碟載入影像。即時影像十分實用，因為它讓您能夠在測量過程中即時移動校準板，以找到合適的測量位置。校準板的上表面即為測量平面。

一旦取得影像，校正程序便會立即開始，結果將顯示於影像區域下方。

在圖像區域內著色後，即可立即得知校準是否成功。以綠色標示的圓圈表示已成功偵測到，而紅色圓圈則表示尚未偵測到。此外，亦會顯示世界座標系的原點。

要執行步驟 2，請前往「設定 vTool」。

步驟 3：機器校準#

機器校準是一項可選步驟，其目的在於將視覺系統的「世界座標系」與該視覺系統所屬機台的座標系進行對齊。透過建立共同的座標系，例如機器人便能根據視覺系統所確定的位置，拾取該物體。

如果相機校正已足夠，且您的應用情境無需對齊世界座標系，則可在此結束校正流程。

注意事項#

為了定義機台座標系，會使用兩個標記點來定義座標系中的兩個點 P1 和 P2。若要成功進行機台校正，了解機台座標平面與校正板平面之間的關係至關重要。有兩種選項：

• 這兩架飛機完全相同。
  在這種情況下，您可以將標記放置在校準板的任意位置，以定義您自己的機台座標系。只要知道標記在機台座標系和影像座標系中的位置，即可定義一個變換關係，藉此將測量得到的影像點轉換為機台座標。

• 這些平面彼此平行。
  有時，機器平面與校準平面無法或不應完全一致。此外，機器平面的高度也可能與校準平面不同。然而，這兩者必須始終保持平行。
  

  資訊

  僅當相機垂直對準測量平面時，才建議採用此設置。實際上，觀測方向可能會與理想配置有幾度的偏差。

  當觀察方向與校準板呈斜角時，機身平面必須至少接近校準平面。否則，將會產生系統性誤差，且當鏡頭的開口角越寬、觀察角度越斜時，此誤差會更加顯著。

方法#

有三種方法可用來提供定義機器座標系的標記點。

自動模式搭配阿茲特克密碼#

阿茲特克碼不僅非常適合用來編碼座標位置的資訊，同時也能在影像中提供良好的視覺標記，以輔助位置偵測。

在此方法中，您需產生並輸出兩個以毫米為單位編碼位置的阿茲特克碼：

• 例如，一個代碼代表座標系原點的位置：「0 0」
• 第二個代碼編碼了座標系 x 軸上的第二個點，例如距離第一個代碼 50 公釐處：「50 0」
  編碼位置的表示法為「點_x_座標 點_y_座標」。

系統將偵測圖像中阿茲特克代碼的位置，並將其世界座標與代碼解碼後的內容進行關聯。

《阿茲特克符碼手冊》#

在此方法中，這些代碼是通用的，可以包含任何您想要的資訊，例如一段短字串。這使得列印過程更為簡便，因為兩個代碼可以完全相同。更重要的是，這意味著這些代碼可以放置在任意位置。您只需選擇想要登錄為機器座標的位置即可。

若用於機器人應用，請依以下步驟操作：將程式碼放置到位，並使用安裝在機器人手臂上的合適觸測探頭測量其位置。接著，擷取影像，並將機器人測得的位置座標輸入至「世界座標」輸入欄位中。

完全手動#

此方法讓您能夠靈活地以世界座標和影像座標輸入兩個點的座標。與上述方法相同，世界座標是已知或經系統配對的，並輸入至「世界座標」輸入欄位中。您可以根據需要，透過將影像中的 P1 和 P2 十字標記拖曳至目標位置，來調整影像座標。

完全手動的方法在以下兩種主要情況下相當有用：

• 您可以使用任何能夠被登錄的標記點，例如：圓的圓心、矩形的頂點，甚至是手繪在硬卡紙上、快速畫出的十字標記。

• 您可以將標記納入機台的設計中。如此一來，標記的位置便會固定且始終明確。標記可以是例如小孔或合適的定位標記。

  資訊

  如果機器設有固定標記，您必須將校準板放置在與兩個標記的距離相等的位置。

要執行步驟 3，請參閱「設定 vTool」。

成功校正的訣竅#

請考量以下幾點，以確保獲得最佳的校準結果（假設為灰階範圍為 0–255 的 8 位元影像）。

• 圖案覆蓋範圍：相機必須能看到至少一個取景圖案。若影像中可見兩個或更多取景圖案，即可判斷校正板是否被鏡像翻轉。一般而言，相機能看到的校正圖案越多，且校正板佔據的視野範圍越廣，效果就越好。
• 圓形直徑：每張圖像中網格內圓形的直徑應至少為 20 像素。這對於成功進行校準至關重要。
• 對比度：校準板圖像中明暗區域之間的對比度應至少為 100 個灰階值。
• 過曝：請避免拍攝過曝的影像。校準板的影像中，亮部區域的灰度值不應超過 240，特別是取景器圖案周圍的區域。
• 均勻性：確保照明均勻，並避免產生反射。根據經驗法則，您拍攝的影像中，最亮白色部分與最暗白色部分之間的灰度值差異，不應超過 45。

常見應用情境#

Geometric Pattern Matching#

若使用經校正的影像，您的配對結果將更為精準。這是因為當鏡頭失真或透視失真被消除後，平坦物體在測量平面上的外觀將不受其位置影響而始終如一。

此外，校準過程所產生的變換資料，可讓Geometric Pattern Matching vTool輸出圖案中心的全球座標。

Region Feature Extraction#

Region Feature Extraction vTool可用於計算區域的特徵（例如面積或重心），並允許您擷取這些特徵。透過使用經校準的設定，您可以將特徵（例如座標、長度或面積）轉換為測量單位（例如公尺或平方公尺）。

測量#

「Measurements Basic 」vTool能以高精度測量邊緣位置或邊緣間的距離。若在預處理階段使用「Calibration」vTool，即可避免鏡頭畸變與透視畸變。此外，您還能獲得以公制單位（座標與距離）表示的測量結果。

Measurements Pro vTools 的運作方式類似，但可讓您測量完整的幾何形狀。

設定 vTool#

要設定「校準 vTool」：

1. 在 Recipe Management 窗格位於 vTool Settings 區域中，按一下 Open Settings 或按兩下 vTool。
   當 校準 基本版／專業版 對話方塊會在步驟 1 時開啟。
   如需詳細資訊，請參閱 步驟 1：準備工作.
   

2. 在「校準板」下拉式選單中，請選擇您要使用的校準板尺寸。

3. 如果您還沒有實際的版片，請點擊「列印」按鈕來列印所需的版片。

4. 選擇一個變形模型和一個投影模型（僅限 Pro 版本）。

5. 按一下 下一頁.
   步驟 2 校準 對話方塊隨即開啟。
   如需詳細資訊，請參閱 步驟 2：相機校正.
   

6. 將校正板放置於影像中您欲進行測量的位置。
   校正板的上表面即為測量平面。

7. 擷取或開啟影像。
   您可以使用「單次拍攝」按鈕擷取即時影像，或點擊「開啟影像」按鈕開啟現有影像。
   影像載入完成後，校正程序將立即開始。程序完成後，結果會顯示在影像區域下方。若校正程序成功，影像區域下方會出現一個綠色對勾。

   資訊

   用於校準的影像尺寸必須與處理後的影像尺寸完全相同。

8. 請查閱結果表，以確認您的需求是否已獲得滿足。
   
   您可以使用箭頭按鈕隱藏表格。若隱藏表格，圖片區域將會擴大，讓您更容易檢視圖片的細節。
   

9. 按一下「下一步」。
   「校準」對話方塊的第 3 步驟隨即開啟。
   如需更多資訊，請參閱「步驟 3：機器校準」。

10. 若要校準您的機器，請點擊 啟用機器校準 工具列最右端的按鈕。
    若您只想完成相機校正，請點擊以關閉設定對話方塊 確定.
    

11. 請決定要使用哪種方法來定義機台的座標系。

    • 自動模式搭配阿茲特克密碼：

      1. 產生兩個阿茲特克碼，其中分別編碼了座標系中的兩個不同位置（通常為座標系的原點與第二個位置）。

      2. 列印阿茲特克密碼。

      3. 將兩個阿茲特克密碼置於世界座標系或機器座標系的精確位置上。

      4. 勾選「使用阿茲特克碼座標」核取方塊。

      5. 擷取或開啟一張影像。
         您可以使用「單次拍攝」按鈕擷取即時影像，或點擊「開啟影像」按鈕開啟現有影像。
         影像載入完成後，校準程序將立即開始。校準完成後，結果將顯示於影像區域下方。若校準成功，影像區域下方會出現一個綠色勾號。 Aztec 代碼會以十字線的形式顯示於影像中，世界座標系的原點也會一併顯示。

      6. 請查閱結果表，以確認您的需求是否已獲得滿足。

      7. 若要根據您的機器座標系來定義 z 軸的方向，請選擇 倒轉軸線 核取方塊。
         

    • 附有阿茲特克符碼的手冊：

      1. 生成兩個包含同一段通用字串的 Aztec 碼。
         這些字串可以是相同的，在這種情況下，您只需生成一個 Aztec 碼，並輸出兩份該碼即可。

      2. 列印阿茲特克密碼。

      3. 請將阿茲特克密碼放置於圖像區域中合適的位置。

      4. 測量阿茲特克密碼在世界座標系中的位置。

      5. 取消勾選「使用阿茲特克座標」核取方塊。

      6. 擷取或開啟一張圖片。
         您可以使用「單張拍攝」按鈕擷取即時影像，或點擊「開啟圖片」按鈕開啟現有圖片。

      7. 請在各自的「世界座標」輸入欄位中輸入 P1 和 P2 的座標。
         

      

    • 完全手動：

      1. 取消勾選「使用阿茲特克座標」核取方塊。

      2. 請在相應的輸入欄位中輸入 P1 和 P2 的世界座標。
         這些座標要麼是已知的（因為設計上已固定），要麼必須由您自行測量。

      3. 要指定 P1 和 P2 的影像座標，請將影像區域中的十字準線拖曳至所需位置。
         

      

您可以在引腳資料檢視中查看校準結果。在此處，您可以選擇要顯示哪些輸出。

Inputs#

Image#

可直接從「相機」vTool 或任何能輸出影像的 vTool（例如「Image Format Converter 」vTool）接收影像。

• 資料類型：圖片
• 影像格式：8 位元至 16 位元單色或彩色影像（請參閱 Supported Pixel Formats）

Outputs#

Image#

返回經校正的影像。該輸出影像可供任何接受影像作為輸入的 vTool 使用。

• 資料類型：圖片
• 影像格式：彩色或單色影像（請參閱 Supported Pixel Formats）

Transformation#

回傳將校正後影像的像素座標轉換為世界座標的轉換資料。任何接受轉換資料作為輸入的工具，皆可利用此轉換資料來確定一組像素座標對應的世界座標。

• Data type: Transformation Data

支援的 Pixel Format#

根據輸入影像的像素格式，Calibration vTool 會輸出以下像素格式：

相關 vTool#

典型前置元件#

• 攝影機vTool
• Image Format Converter vTool

典型後續元件#

• Region Feature Extraction vTool
  讓您能夠在世界座標系中確定區域特徵。
• Geometric Pattern Matching vTool
  連接Geometric Pattern Matching Pro vTool，以確定物體在世界座標系中的中心位置與方向。
• Measurements Basic vTool
  讓您能夠在世界座標系中確定位置和距離。
• Circle Measurements Pro vTool
  讓您能夠在世界座標系中確定位置和距離。
• Ellipse Measurements Pro vTool
  可讓您在世界座標系中確定位置與距離。
• Line Measurements Pro vTool
  讓您能夠在世界座標系中確定位置與距離。
• Rectangle Measurements Pro vTool
  讓您能夠在世界座標系中確定位置與距離。