[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

技術領域

本發明涉及視覺測量領域，特別是涉及一種基于幾何誤差修正技術和圖像清晰度的光軸與物面垂直度檢測方法。

背景技術

在利用CCD成像原理的影像測量系統中，相機光軸與測量面的垂直度偏差會造成一定的測量誤差，在高精度的測量系統中，微小的偏差角都可能會對最終測量結果產生嚴重的影響。因此，必須準確測得光軸與物面的垂直度偏差角，再進行調整或者誤差補償，即可保證測量結果的正確度。

目前檢測垂直度的方法大致有以下幾種：1.利用直角尺配合塞尺測量鏡筒與物面的垂直程度。但由于無法保證鏡筒軸線與光軸的平行度和測量過程中的人員誤差，故本方法難以保證測量準確度。2.直接拍攝標準件，利用標準件的實際物理尺寸與視覺測量所得結果進行比較，或者利用標準件自身物理量間的比較實現光軸與物面的垂直度偏差角測量。前者可以采集標準量塊的圖像，比較視覺測量所得結果與量塊真值，由于所得圖像變形為二次誤差，故檢測精度較低。后者可以采集標準圓的圖像，通過比較圖像中相互垂直的兩直徑長度檢測光軸與物面的垂直度偏差角，由于涉及曲線擬合且擬合精度無法評估，故此方法檢測精度也難以得到保證。3.利用自準直儀測量光軸與物面的垂直度偏差角，此法無法保證自準直儀發出的光線與光軸的平行度，故難以保證檢測精度。4.利用自準直原理，測量由鏡頭發出的光經物面反射后所得反射光的偏移量，此法要求鏡頭能產生出射光線并捕獲反射光的偏移量，并且要求物面為反光材料。限制較多，難以實施。5.利用圖像清晰度測量光軸與物面垂直度，即分別計算一張圖像中不同區域的清晰度，利用不同區域達到清晰度函數最大值時的Z向高度差以及同一圖片中不同區域的距離得出光軸與物面垂直度偏差。但在大行程、小視場的視覺測量系統中，視場大小限制了此法的檢測精度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種利用圖像清晰度變化規律以及幾何誤差修正技術的光軸與物面垂直度檢測方法。

本發明所采用的技術方案是：

A.使相機與XY平面相對運動，令相機沿任一運動軸從零點到達第一成像點。

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，直到清晰度函數出現最大值。

C.調整相機位置使其回到零點。

D.使相機與XY平面相對運動，令相機沿同一運動軸從零點到達第二成像點。

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，直到清晰度函數出現最大值。

F.計算光軸與物面在此運動軸方向的垂直度偏差角。

清晰度評價函數最好選用梯度類函數中的修正梯度平方函數1。

本發明的有益效果是：依據不同成像點的位置關系、各成像點處圖像清晰度函數值達到最大時的物距差以及幾何誤差修正技術實現測量系統光軸與物面垂直度偏差的檢測。本發明無需其他儀器輔助，可有效提升光軸與物面垂直度的檢測精度，具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1是光軸與物面不垂直引起的測量誤差示意圖。

圖2是清晰成像原理示意圖。

圖3是圖像清晰度函數值隨物距變化示意圖。

圖4是三軸運動機構幾何誤差示意圖；

圖5是光軸與物面垂直度檢測流程圖。

具體實施方式

圖1是光軸與物面不垂直引起的測量誤差示意圖。其中O是相機光心；OA是相機光軸；EG所在直線表示相機感光面；AC'所在直線表示垂直于光軸的物面；AC所在直線表示法線和光軸傾角為的物面；當光軸與物面嚴格垂直時，AC'所成像的長度為EG，當物面從AC'位置偏轉角度到AC位置時，AC所成像的長度為EF，此時垂直度偏差引起的測量誤差為FG。