El-göz kalibrasyonu (hand-eye calibration)

Kanca

Bileğe takılı bir kamera bir cıvatayı görüyor. Önceki dersteki iç kalibrasyon sayesinde bu cıvatanın kamera çerçevesindeki konumunu milimetre cinsinden biliyorsun. Ama kontrolöre "oraya git" diyebilmen için hâlâ eksik bir bilgi var: kamera çerçevesi ile robotun uç flanşının çerçevesi arasındaki dönüşüm. Bu dönüşümü bulma işine el-göz kalibrasyonu denir.

Ne oldu

İki montaj biçimi var. Göz-içi-el (eye-in-hand): kamera robotun bileğine takılıdır, robotla birlikte hareket eder — yukarıdaki gibi bir kamera görüntüsü, robot her hareket ettiğinde baştan kayar (sahne bu kaymayı canlandırmıyor, tek bir anlık görüntüyü gösteriyor). Göz-elde-sabit (eye-to-hand): kamera sahnede sabit bir yere monte edilir, robot onun görüş alanında hareket eder. İkisinde de aynı soru sorulur: kamera çerçevesi ile robotun bilinen çerçeveleri (flanş veya taban) arasındaki sabit dönüşüm nedir?

Bu dönüşüm doğrudan ölçülemez — kamera merceğinin optik merkezi flanşın içinde, elle erişilemeyen bir yerdedir. Bunun yerine dolaylı bir yoldan çözülür. Tsai ve Lenz'in (1989) klasik formülasyonu şöyle çalışır: robot iki farklı poza hareket ettirilir, aradaki flanş hareketi robotun kendi kinematiğinden tam olarak bilinir (bu bilinen dönüşüme A denir). Aynı iki poz arasında, kamera sabit bir kalibrasyon hedefinin (ör. satranç tahtası) görüntüsünden hedefin kamera çerçevesine göre nasıl hareket ettiğini hesaplar (bu da B). Bilinmeyen tek şey, kamera çerçevesi ile flanş çerçevesi arasındaki sabit dönüşüm X'tir; ve şu denklemi sağlaması gerekir:

A · X = X · B

Birden çok poz çifti toplanıp bu denklem sistemi çözülünce X — yani el-göz dönüşümü — ortaya çıkar. Tsai-Lenz yöntemi bu çözümü önce rotasyon, sonra öteleme olmak üzere iki adımda, kapalı formda bulur.

Gerçek dünyada

OpenCV'nin calibrateHandEye() fonksiyonu, Tsai-Lenz dahil birden fazla klasik yöntemi (Park, Horaud, Andreff, Daniilidis) uygular; girdi olarak birden çok robot pozu çiftini ve o pozlarda çekilmiş kalibrasyon hedefi görüntülerini alır, çıktı olarak X dönüşümünü döner. Kamera güdümlü (vision-guided) bir robot hücresinde — parça toplama, kalite kontrol, tarama — bu kalibrasyon bir kere yapılır ve robot çalıştığı sürece geçerliliğini korur; kamera veya flanş üzerindeki montaj fiziksel olarak değişmediği sürece yeniden kalibrasyona gerek yoktur.

Dene

Sonraki

Kamera, bir yüzeyin rengini ve dokusunu görür ama yüksekliğini tek görüntüden söyleyemez. Bir sonraki ders farklı bir sensör türüne geçiyor: temas gerektirmeden yükseklik ölçen lazer profil sensörü.