CN100553348C - 影像光学系统平面分辨率校正方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明系一种影像光学系统平面分辨率校正方法及其装置，包括一校正样本以及一影像感测装置，该校正样本表面具有明线与暗线相间的直线条纹，该校正样本设置于一待测平面处，一影像感测装置具有影像撷取手段、记忆手段以及逻辑演算手段。藉以执行撷取校正样本影像信息并储存影像信息，同时选择并计算明线条纹之直线方程式，透过直线方程式之直线斜率与截距，且利用截距计算相邻明线之平均距离，最后以几何数学之手段计算影像感测装置所撷取的影像倍率。

Description

影像光学系统平面分辨率校正方法及其装置

技术领域

本发明系关于一种影像光学系统平面分辨率校正方法及其装置，其特别系提供一影像撷取装置之校正的校正方法，用以校正像素所对应的影像倍率。

背景技术

习知影像光学系统平面分辨率校正方法，系提供影像撷取装置之校正，用以判断CCD传感器或是CMOS传感器之像素所对应的影像倍率。通常这类的技术系透过影像撷取装置撷取标有尺寸之刻度尺影像，参考图7所显示，以影像处理方式或人工选取两刻度线位置P1与P2，计算两者像素距离，且刻度尺6上的P1与P2实际距离系经过设计所决定。经过比较实际距离尺寸与像素距离，即可获得光学系统像素点所对应之实际待测物尺寸。然而，这类的技术中，其刻度尺的设置必须达到其水平轴线平行影像撷取装置之像素所决定的水平轴线，其设置时如果产生有倾角，则量测结果将会获得比实际待测物尺寸短，而产生线性误差。以致于习知影像光学系统平面分辨率校正方法所使用之刻度尺必须搭配一旋转平台用以调整刻度尺之水平度，使得光学系统的机构复杂度增加，同时也会影响校正之准确度与速度。

因此，本发明之发明人有鉴于习知影像光学系统平面分辨率校正方法的缺失，乃亟思发明，而提供一影像光学系统平面分辨率校正方法及其装置，并藉以提升校正准确度与速度以及简化校正之复杂性。

发明内容

本发明的主要目的系提供一种影像光学系统平面分辨率校正方法及其装置，其系利用明暗相间之并行线对的标准片作为校正样本，并透过影像感测装置撷取校正样本之影像信息而达到影像感测装置的校正。

本发明的另一目的系提供一种影像光学系统平面分辨率校正方法及其装置，用以简化校正程序，并提升校正之速度、准确度以及其方便性。

为了达成本发明上述目的，本发明提供一种影像光学系统平面分辨率校正方法及其装置，其包括一校正样本以及一影像感测装置，该校正样本表面具有明线与暗线相间的直线条纹，该校正样本设置于一待测平面处，所述影像感测装置具有影像撷取单元、记忆单元以及逻辑演算单元，并藉以进行下列步骤：在影像感测装置的有效感测范围内选择连续排列之数条明线与暗线；透过影像撷取单元撷取所述校正样本的影像信息；透过所述记忆单元储存所述影像信息；透过所述逻辑演算单元以影像边界进行判断的影像处理方法，以影像感测装置之像素为参考座标定义正交之第一轴与第二轴，并计算出所选择之明线条纹的数量以及直线方程式，其中直线方程式包括直线斜率a以及截距b信息，斜率a为直线在第一轴方向增加单位距离时的第二轴增加量，截距b为直线与第二轴相交位置；透过逻辑演算手段以各个明线直线方程式的截距b，计算相邻明线在第二轴方向上的平均距离Δb；以及透过逻辑演算单元计算所述影像撷取单元所撷取的影像的像素在第一轴方向的最小解析长度所对应的第一倍率为

前述步骤中，更可进一步包括：计算出所选择之明线条纹的第二直线方程式，第二直线方程式包括直线斜率a₂以及截距b₂信息，此斜率a₂为直线在第二轴方向增加单位距离时的第一轴增加量，此截距b₂为直线与第一轴相交位置；透过逻辑演算单元以各个明线直线方程式的截距，计算相邻明线在第一轴方向上的平均距离Δb₂；以及透过逻辑演算单元计算所述影像撷取单元所撷取的影像的像素在第二轴方向的最小解析长度所对应的第二倍率为

另外，若是逻辑演算单元判断第一轴座标平均变化量大于第二轴座标平均变化量时，选择执行计算明线条纹直线方程式之直线斜率a以及截距信息b、平均距离Δb以及影像倍率之步骤；以及若是逻辑演算单元判断第一轴座标平均变化量小于第二轴座标平均变化量时，选择执行计算明线条纹直线方程式之直线斜率a₂以及截距信息b₂、平均距离Δb₂以及影像倍率

之步骤。

为使熟悉该项技艺人士了解本发明之目的、特征及功效，兹藉由下述具体实施例，并配合所附之图式，对本发明详加说明如后。

附图说明

图1系显示本发明影像光学系统平面解析度校正方法所使用之校正样本示意图；

图2系显示本发明影像光学系统平面解析度校正方法之感测元件座标示意图；

图3系显示本发明影像光学系统平面分辨率校正方法一具体实施例所应用之光学影像撷取装置的组件关联图；

图4系显示关于本发明图3具体实施例之影像光学系统平面分辨率校正方法的步骤流程图；

图5系显示关于本发明图4具体实施例之组件操作示意图；

图6系显示关于本发明图4具体实施例之几何演算示意图；

图7系显示习知影像光学系统平面分辨率校正方法之操作示意图。

图中

校正样本1

明线11

暗线12

量测坐标2

单位方格21

影像感测装置3

逻辑演算单元32

记忆单元31

参考直线4

待测平面5

刻度尺6

具体实施方式

图1系显示本发明影像光学系统平面分辨率校正方法所使用之校正样本示意图；图2系显示本发明影像光学系统平面分辨率校正方法之感测组件坐标示意图。参考图1所显示，其系本发明所使用之校正样本1，该校正样本1具有数条明线11与暗线12相间条纹，且该些明线11系相互平行并具有相同宽度，该些暗线12也系相互平行并具有相同宽度，其中该些明线11之间的实际距离系表示为DS。另外，参考图2所显示，其系本发明所使用之影像感测装置图中未显示的量测坐标2示意图，其中各个单位方格21对应该影像感测装置的一像素区域，举例来说，该影像感测装置系一CCD传感器，而单位方格21系对应CCD传感器的单一像素区域，且该单位方格21之边长为单位长度DP并系CCD传感器之像素的宽度，亦即是CCD传感器直接量测的最小解析长度。

前述之影像感测装置也可以系选择使用CMOS传感器。

图3系显示本发明影像光学系统平面分辨率校正方法一具体实施例所应用之光学影像撷取装置的组件关联图；图4系显示关于本发明图3具体实施例之影像光学系统平面分辨率校正方法的步骤流程图；图5系显示关于本发明图4具体实施例之组件操作示意图；图6系显示关于本发明图4具体实施例之几合演算示意图。参考图3所显示，本发明影像光学系统平面分辨率校正方法在操作时，其使用之校正样本1可任意地被摆设于待测平面5处，而无须考虑校正样本1之平面上的倾斜角度，并可透过一影像感测装置3撷取该校正样本1之影像信息，且可透过一记忆单元31储存此影像信息以及一逻辑演算单元32执行一影像处理手段。因此，本发明影像光学系统平面分辨率校正方法之一具体实施例的操作步骤如下。参考第四以及图5所显示，步骤101，其系选择一参考直线4，该参考直线4系一假想线且位于影像感测装置3的有效感测范围内，并依据该参考直线4选择明线11与暗线12；步骤102，其系透过影像感测装置3撷取校正样本1影像信息并将此信息储存于记忆单元31；步骤103，其系透过逻辑演算单元32执行影像处理手段，透过影像边界判断，计算出参考直线4经过校正样本1影像信息中的明线11数量；步骤104，其系利用前述步骤所撷取之校正样本1影像信息，以及逻辑演算单元32执行影像边界之影像处理手段，以回归方程式计算各个明线11的x坐标平均变化量以及y坐标平均变化量；步骤105，其系利用前述x坐标平均变化量以及y坐标平均变化量，以几何数学之定义计算各个明线11之斜率，并透过逻辑演算单元32计算各个明线11斜率的平均值a；步骤106，其系透过逻辑演算单元32计算各个明线11y轴截距或x轴截距，并藉以计算出相邻明线11对应在y轴方向或x轴方向上的平均距离为Δb；以及步骤107，其系透过逻辑演算单元32计算影像感测装置3所撷取影像之放大倍率或缩小倍率，如图6所示，以计算y轴方向上的平均距离为Δb做为实例，其系利用三角形ABC与三角形CDE为相似三角形，该三角形CDE的一股为单位像素长度相当于一个像素的宽度并定为1且另一股长度为a，因此三角形CDE的斜边为

故相邻明线11之垂直距离D亦即三角形ABC的一股长，其中垂直距离D系校正样本1的固有值，使得 $D/1=\mathrm{\Δb}/\sqrt{1+a^2},$ 亦即每单位像素宽度对应校正样本1实际长度之比值为

因而获知所测得之校正样本1之实际尺寸的影像放大倍率或缩小倍率，同理可获得以x轴方向进行演算所获得之影像放大倍率或缩小倍率。

前述步骤中的校正样本1可以系使用Edmund Industrial Optics公司所生产之标准片。

再者，前述步骤101至步骤106中，其主要系以影像感测装置3中的像素作为参考坐标，以计算出各个明线11的直线方程式。以前述步骤中所举的实例来说，各个明线11的直线方程式的一种表现方式可系y轴坐标等于直线斜率乘上x轴坐标再加上直线于y轴的截距位置，而各个明线11的斜率都系已知且相同，唯有其各个y轴截距位置系不同，但相邻明线11之间的截距差值系相同。

另外，前述步骤中，假使所使用之影像感测装置的像素系正方形者，则只需计算x轴方向与y轴方向之任一程序，即可获得影像感测装置的像素之最小解析长度所对应之影像放大倍率或缩小倍率。然而，若是采用矩形像素之影像感测装置时，则必需分别计算x轴方向与y轴方向之程序，以获得影像感测装置的像素x轴方向与y轴方向分别之最小解析长度所对应之影像放大倍率或缩小倍率。再者，若是校正样本的条纹接近平行x轴或y轴，则必需选择计算x轴方向与y轴方向之程序，以获得影像感测装置的像素x轴方向与y轴方向分别之最小解析长度所对应之影像放大倍率或缩小倍率，其中当x坐标平均变化量大于y坐标平均变化量时，系选择计算y轴方向之最小解析长度所对应之影像放大倍率或缩小倍率；当x坐标平均变化量小于y坐标平均变化量时，系选择计算x轴方向之最小解析长度所对应之影像放大倍率或缩小倍率。

虽然本发明以具体实施例揭露如上，然其所揭露的具体实施例并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，其所作之更动与润饰皆属于本发明之范畴，本发明之保护范围当视后附之权利要求书范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种影像光学系统平面分辨率校正方法，包括下列步骤：

提供一校正样本以及一影像感测装置，该校正样本表面具有明线与暗线相间的直线条纹，该校正样本设置于一待测平面处，所述影像感测装置具有影像撷取单元、记忆单元以及逻辑演算单元；

在影像感测装置的有效感测范围内选择连续排列之数条明线与暗线；

透过所述影像撷取单元撷取所述校正样本的影像信息；

透过所述记忆单元储存所述影像信息；

透过所述逻辑演算单元以影像边界进行判断的影像处理方法，以影像感测装置之像素为参考坐标定义正交之第一轴与第二轴，并计算出所选择之明线条纹的数量以及直线方程式，其中直线方程式包括直线斜率a以及截距b信息，斜率a为直线在第一轴方向增加单位距离时的第二轴增加量，截距b为直线与第二轴相交位置；

透过逻辑演算单元以各个明线直线方程式的截距b，计算相邻明线在第二轴方向上的平均距离Δb；以及

透过逻辑演算单元计算所述影像撷取单元所撷取的影像的像素在第一轴方向的最小解析长度所对应的第一倍率为

2.如权利要求1所述的影像光学系统平面分辨率校正方法，其中步骤进一步包括：

选择一参考直线，该参考直线系一假想线且位于影像感测装置的有效感测范围内，并依据该参考直线选择明线与暗线。

3.如权利要求1所述的影像光学系统平面分辨率校正方法，其中步骤进一步包括：

透过逻辑演算单元以回归方程式计算各个明线的第一轴坐标平均变化量以及第二轴坐标平均变化量；以及

透过逻辑演算单元以几何数学之定义计算斜率值a，斜率值a为利用第一轴坐标平均变化量以及第二轴坐标平均变化量计算出各个明线之斜率，再取其平均值所获得。

4.如权利要求1所述的影像光学系统平面分辨率校正方法，其中步骤进一步包括：

计算出所选择之明线条纹的第二直线方程式，第二直线方程式包括直线斜率a₂以及截距b₂信息，此斜率a₂为直线在第二轴方向增加单位距离时的第一轴增加量，此截距b₂为直线与第一轴相交位置；

透过逻辑演算单元以各个明线直线方程式的截距，计算相邻明线在第一轴方向上的平均距离Δb₂；以及

透过逻辑演算单元计算所述影像撷取单元所撷取的影像的像素在第二轴方向的最小解析长度所对应的第二倍率为

5.如权利要求4所述的影像光学系统平面分辨率校正方法，其中步骤进一步包括：

透过逻辑演算单元判断第一轴坐标平均变化量大于第二轴坐标平均变化量时，选择执行计算明线条纹直线方程式之直线斜率a以及截距信息b、平均距离Δb以及影像倍率

之步骤；以及

透过逻辑演算单元判断第一轴坐标平均变化量小于第二轴坐标平均变化量时，选择执行计算明线条纹直线方程式之直线斜率a₂以及截距信息b₂、平均距离Δb₂以及影像倍率之步骤。

6.如权利要求1所述的影像光学系统平面分辨率校正方法，其中提供校正样本之步骤中，该校正样本系使用Edmund Industrial Optics公司所生产之标准片。

7.如权利要求1所述的影像光学系统平面分辨率校正方法，其中提供影像感测装置之步骤中，该影像感测装置系选择CCD感测器以及CMOS感测器中的任一影像感测器。

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