精密影像測(cè)量?jī)x系統(tǒng)校正法

 

    隨著電腦技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和圖像技術(shù)的不斷發(fā)展，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)已逐漸應(yīng)用于機(jī)械、模具、電子等行業(yè)的半成品、成品檢測(cè)及零件測(cè)繪領(lǐng)域。視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)用于二維尺寸測(cè)量的典型應(yīng)用是影像測(cè)量?jī)x，具有非接觸、高精度、高效率和高柔性的特點(diǎn)，作為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一個(gè)分支，得到了飛速的發(fā)展。因此，圖像處理的數(shù)據(jù)是數(shù)字信號(hào)，而所得結(jié)果的單位是用像素來(lái)表示的，如果要給出工件的尺寸，必須建立數(shù)字圖像像素與實(shí)際尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所以標(biāo)定是機(jī)器視覺(jué)在尺寸檢測(cè)中的重要工作，對(duì)檢測(cè)精度的影響非常大。

 

1.標(biāo)靶件的設(shè)計(jì)與使用

 

    為了達(dá)到校正的目的， 通常需要標(biāo)準(zhǔn)形狀的圖形作為比對(duì)參照物， 即通常所說(shuō)的標(biāo)靶件。

 

    根據(jù)校正需要，儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家常根據(jù)需要加工校正樣板進(jìn)行校正，一般加工一系列標(biāo)準(zhǔn)直徑的圓形圖形作為測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)形狀。靶標(biāo)件的圓孔要求較高的加工精度，選擇標(biāo)定圓直徑一般根據(jù)系統(tǒng)的成像區(qū)域大小而定。因?yàn)閳A孔過(guò)小，會(huì)使圓的成像邊緣點(diǎn)過(guò)少，圖像圓心、直徑等參數(shù)提取穩(wěn)定性不好; 而圓孔過(guò)大，會(huì)使得標(biāo)定時(shí)圓孔容易偏離標(biāo)定區(qū)域。標(biāo)定圓大致占整個(gè)影像視窗的八分之一的情況下，校正的效果較好。

 

    對(duì)于大視野的影像測(cè)量系統(tǒng)，通常由于成像范圍較大，鏡頭制造難，畸變影響較大，在其邊緣處通常測(cè)量的效果較差。為了有效地減少測(cè)量誤差，通常采用標(biāo)準(zhǔn)陣列的精密圓形模板或者標(biāo)準(zhǔn)間距的柵格模板。在進(jìn)行校正時(shí)，為了精確地獲取點(diǎn)陣圖像坐標(biāo)和世界坐標(biāo)，通常采用數(shù)字圖像方法，提取幾何形心的圖像數(shù)據(jù)，與對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)對(duì)應(yīng)，通過(guò)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算獲取校正系數(shù)。

 

 

2.二維圖像測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定原理

 

    線性校正法：線性校正法在影像精密校正中使用較為廣泛，通常目前市場(chǎng)上所使用的顯微鏡頭，其成像畸變小，所以成像后圖像尺寸與實(shí)際尺寸間存在線性關(guān)系， 根據(jù)這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)算法可以求取對(duì)應(yīng)的比例系數(shù)。

 

    多項(xiàng)式非線性校正法：線性校正的方法在影像測(cè)量系統(tǒng)中得到較多的應(yīng)用，但是攝像機(jī)圖象的幾何畸變總是存在的，對(duì)于廣角鏡頭或者視野范圍較大的顯微鏡頭和遠(yuǎn)心鏡頭來(lái)說(shuō)，采用線性校正的方法無(wú)法修正桶形失真和枕形失真的非線性畸變因素對(duì)測(cè)量的影響。可用坐標(biāo)間的多項(xiàng)式變換來(lái)表示該非線性變換。多項(xiàng)式校正的方法實(shí)際上是一種空間映射的方法，在視場(chǎng)范圍內(nèi)，物件上的任意一點(diǎn)必定成于像圖像上的某點(diǎn)。

 

    影像校正技術(shù)是機(jī)器視覺(jué)中一個(gè)非常重要的研究熱點(diǎn)，從工程應(yīng)用實(shí)踐的角度出發(fā)，結(jié)合鏡頭和攝像機(jī)的固有特性，通過(guò)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的研究，開發(fā)出簡(jiǎn)潔實(shí)用高效的的校正算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精密檢測(cè)，這是今后的一個(gè)發(fā)展方向，也是視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用開發(fā)研究人員的研究目標(biāo)。