[發明專利]基于幾何誤差修正技術的光軸與物面垂直度檢測方法

有效

• 申請號: 201610153889.6
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105758339B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 朱維斌;李繼哲;葉樹亮
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司33100
• 代理人: 王佳健

1.基于幾何誤差修正技術的光軸與物面垂直度檢測方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

A.使相機與XY平面相對運動，沿X軸從零點平移t₁到達第一成像點，由于位置度誤差△_x(x)、直線度誤差δ_y(x)和δ_z(x)、滾轉角α(x)、俯仰角β(x)及偏擺角γ(x)的存在，平移之后相機的坐標(x₁,y₁,z₁)為

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\\ 1\end{array}\right]=T_{x1}\×\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 1\end{array}\right]$

其中

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{x1}=Trans(x+{\mathrm{\Δ}}_x\left(x\right),{\mathrm{\δ}}_y\left(x\right),{\mathrm{\δ}}_z\left(x\right))\×Rot(x,\mathrm{\α})\×Rot(x,\mathrm{\β})\×Rot(x,\mathrm{\γ})\\ x=t_1\end{array}\right.$

其中Trans()表示平移變換矩陣；Rot()表示旋轉變換矩陣；

B.在第一成像點以固定步長調節物距、采集圖像、選擇清晰度評價函數計算圖像清晰度函數值，同時記錄物距值和清晰度函數值，直到找到清晰度最大值；相機在調節物距的過程中，由于位置度誤差△_z(z)、直線度誤差δ_x(z)、垂直度誤差θ_xz以及俯仰角β(z)的存在，導致在調節物距過程中拍攝到的點偏離(x₁,y₁)，相機實際拍攝到的點的坐標為(x₁',y₁')，則

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1^{\′}=x_1+{\mathrm{\δ}}_x\left(z\right)+\mathrm{\β}\left(z\right)\×z+{\mathrm{\θ}}_{xz}\×z\\ z=z_{cam1}^{\′}\end{array}\right.$

其中z'_cam1為圖像清晰度值最大時的物距真值，其值為：

$\left\{\begin{array}{c}{z}_{cam1}^{\′}=z+{\mathrm{\Δ}}_z\left(z\right)\\ z=z_{cam1}\end{array}\right.$

其中z_cam1為實驗所得的物距值；

C.調節相機位置使其回到零點；

D.使相機與XY平面相對運動，沿X軸從零點平移t₂以到達第二成像點(x₂,y₂,z₂)，則

$\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ z_2\\ 1\end{array}\right]=T_{x2}\×\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 1\end{array}\right]$

其中

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{x2}=Trans(t_2+{\mathrm{\Δ}}_x(x),{\mathrm{\δ}}_y(x),{\mathrm{\δ}}_z(x\left)\right)\×Rot(x,\mathrm{\α})\×Rot(x,\mathrm{\β})\×Rot(x,\mathrm{\γ})\\ x=t_2\end{array}\right.$

E.在第二成像點以固定步長調節物距、采集圖像，選擇清晰度評價函數計算圖像清晰度函數值，同時記錄物距值和清晰度函數值，直到找到清晰度最大值；相機在調節物距的過程中，由于位置度誤差△_z(z)、直線度誤差δ_x(z)、垂直度誤差θ_xz以及俯仰角β(z)的存在，實際拍攝到的點x'₂的坐標為

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2^{\′}=x_2+{\mathrm{\δ}}_x\left(z\right)+\mathrm{\β}\left(z\right)\×z+{\mathrm{\θ}}_{xz}\×z\\ z=z_{cam2}^{\′}\end{array}\right.$

其中z'_cam2為第二次調焦過程中圖像清晰度值最大時的物距真值，其值為：

$\left\{\begin{array}{c}{z}_{cam2}^{\′}=z+{\mathrm{\Δ}}_z\left(z\right)\\ z=z_{cam2}\end{array}\right.$

其中z_cam2為實驗所得的物距值；

F.計算光軸與物面的垂直度偏差角；

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{z_{cam2}^{\′}-z_{cam1}^{\′}}{x_2^{\′}-x_1^{\′}}$

同理，若使相機沿著Y軸移動，即可用上述方法檢測光軸與物面Y向的垂直度偏差角。

2.根據權利要求1所述的基于幾何誤差修正技術的光軸與物面垂直度檢測方法，其特征在于：清晰度評價函數選用梯度類函數中的修正梯度平方函數1。