CN101726246B - 校正方法 - Google Patents

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Abstract

一种校正片用以校正一影像测量仪的图像撷取装置，该校正片包括一薄片，该薄片上形成一零点标记，该薄片上形成至少一校正区，该校正区内设有若干整齐排列且尺寸相同的标准图形。该校正片通过设置若干大小各异校正区，同一校正片可适用于该图像撷取装置不同的放大倍数，同时，每一校正区内设有若干整齐排列且尺寸相同的标准图形，只需一次测量这些标准图形的参考点就可完成校正过程，无需移动校正片并多次测量，使校正过程方便、快捷。

Description

校正方法
技术领域
本发明涉及一种用于影像测量仪的图像撷取装置的校正方法。
背景技术
影像测量仪是一种非接触式的三维测量设备，具有柔性好、快速高效的优点，其包括一图像撷取装置，用来获得被测工件的影像。该图像撷取装置包括光学镜头及感光单元。该感光单元通过镜头接受被测工件所反射的光，并产生电信号，这些电信号被计算机处理后形成被测工件的影像。该感光单元通常包含若干光电转换元件，如光电二极管。由于这些光电转换元件不可能完全分布于感光单元的同一平面上。同时，镜头中的镜片的曲面误差、镜头中各镜片间的轴向间距、多个镜片的对中误差等不可避免的存在。这些因素使得被测工件在图像撷取装置中实际所成的影像与理想影像之间存在不同程度的畸变，对影像测量的精度有很大影响。
为了提高影像测量的精度，必须对上述影像畸变进行校正。一种校正方法是先制作一校正片，该校正片上通常设有一标准图形并在该标准图形上选取参考点，校正时，利用影像测量仪拍摄并在一图像坐标系中测量该校正片上的标准图形的参考点的坐标值。根据参考点的测量值与实际值计算该图像撷取装置的校正参数。为了提高校正可靠性，通常在一定范围内移动该校正片，改变该校正片与该镜头中心的相对位置，并在不同位置对校正片中的参考点进行多次测量，从而得到关于该参考点的若干测量值并以得到更准确的校正参数。但是，由于需要多次移动校正片，使校正过程繁琐。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种校正方法，可方便、快捷地校正影像测量仪的图像撷取装置。
一种校正方法，用以通过一校正片校正一影像测量仪的图像撷取装置，该影像测量仪包括一水平放置的工作台，该图像撷取装置装设于该工作台上方，该工作台可相对该图像撷取装置沿一机械坐标系的X轴及Y轴移动，该校正片包括一薄片，该薄片上形成一零点标记及若干大小各异的校正区，这些校正区分别对应该图像撷取装置不同的放大倍数，每一校正区内设有若干整齐排列且尺寸相同的标准图形，该校正方法包括以下步骤：将该校正片放置于该影像测量仪的工作台，并定义该机械坐标的原点，从而确定该校正片的任意一点在该机械坐标系中的坐标值；定义该图像坐标系的原点；根据图像撷取装置当前放大倍数而在校正片上选定一校正区，并撷取该校正区的清晰图像；测量所选取参考点在该图像坐标系中的坐标值；及根据所选取的参考点在该机械坐标系及该图像坐标系的坐标值之间的对应关系计算出该图像撷取装置的校正参数。
本发明校正方法所用的校正片的校正区内设有若干整齐排列且尺寸相同的标准图形，只需一次测量这些标准图形的参考点就可完成校正过程，无需移动校正片并多次测量，同时，当该校正片设置了若干大小各异校正区时，同一校正片可适用于该图像撷取装置不同的放大倍数，使校正过程方便、快捷。
附图说明
下面结合附图及较佳实施方式对本发明作进一步的详细描述。
图1是本发明校正片的较佳实施方式与一影像测量仪的立体图。
图2是图1中的校正片的平面图。
图3是图2的III处放大图。
图4是本发明校正方法的较佳实施方式的流程图。
具体实施方式
参考图1至图3，本发明校正片的较佳实施方式用以校正一影像测量仪的图像撷取装置107。该影像测量仪与一显示设置相连用以显示该图像撷取装置107所撷取的图像。该影像测量仪包括一与水平面平行的工作台101、一跨设于该工作台101的龙门架103及固设于该龙门架103中部的顶罩105。该图像撷取装置107装设于该顶罩105下端。该图像撷取装置107可以是一CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)摄像头。该影像测量仪还设有一X轴传动系统、一Y轴传动系统及一Z轴传动系统（图未示）。该X轴传动系统用以驱动该龙门架103沿如图1所示的机械坐标系的X轴移动，该Y轴传动系统用以驱动该工作台101沿该机械坐标系的Y轴移动。该X轴及Y轴分别平行于该工作台101。该Z轴传动系统用一驱动该图像撷取装置107沿该机械坐标的Z轴移动，用以使该图像撷取装置对焦。
该校正片包括一由透明材料（如玻璃）制成的方形的薄片10，该薄片10上形成若干大小各异的校正区20及一圆形的零点标记30。各个校正区20分别对应该图像撷取装置107的不同放大倍数。每一校正区20是一由若干形状相同的标准图形22整齐排列而成的矩形区域。在本实施方式中，这些标准图形22为尺寸相同的矩形，并刻画在薄片10上排列成数量为15×15的方形矩阵。
请一并参考图4，本发明校正方法的较佳实施方式包括以下步骤：
S1：将该校正片放置于该影像测量仪的工作台101上，使这些标准图形22的相互垂直的侧边分别平行于一机械坐标系的X轴及Y轴方向，该零点标记30的圆心定义为机械坐标系的原点，从而确定该校正片的任意一点在该机械坐标系中的坐标值。
S2：使该图像撷取装置107对该校正片的零点标记30对焦，并将该零点标记30的圆心定义为图像坐标系的坐标原点。先操作该影像测量仪的X轴传动系统及Y轴传动系统，使该图像撷取装置107对正该零点标记30，再操作该Z轴传动系统完成该图像撷取装置107对该零点标记30对焦。
S3：对应该图像撷取装置107的放大倍数选定一校正区20，调节图像撷取装置107的位置以获得该校正区20的清晰图像，使所选定的校正区20的标准图形22可均匀完整地被该显示设备显示出来。
由于将该校正片放置于工作台101，该校正片的零点标记30与校正区20处于同一水平面，因此，只需驱动该影像测量仪的X轴及Y轴传动系统调整该图像撷取装置107对正选定的校正区20就可得到该校正区20的清晰图像，而无需再进行对焦。
S4：测量标准图形22的参考点在图像坐标系中的坐标值。
在本实施方式中，定义图像坐标系中该零点标记30的圆心作为的原点，所述参考点为所选定校正区20的标准图形22的中心点。以下以其中一标准图形22为例进行描述。在该标准图形22一对与机械坐标系中的X轴相平行的侧边上分别任取一点，测量该两点X轴坐标并计算其平均值作为该标准图形22中心点的X轴坐标；在该标准图形22一对与机械坐标系中的X轴相互垂直的侧边上分别任取一点，测量该两点Y轴坐标并计算其平均值作为该标准图形22中心点的Y轴坐标。在其他的实施方式中，标准图形22的其他点也可作为参考点，如标准图形22的一角。
S5：根据所选取的参考点在该机械坐标系及该图像坐标系的坐标值之间的对应关系计算出该图像撷取装置107的校正参数
本实施方式中，利用双线性方程式(Bilinear Equation)来求机械坐标系与图像坐标系之间的变换关系。请继续参阅图3，每一标准图形22的四个参考点围成一矩形区域24，由于机械坐标系与图像坐标系中的坐标值之间的关系可以用公式（1）及（2）来表示，其中，x、y分别代表标准图形22的参考点在机械坐标系中的坐标值，其可根据该校正片的真实尺寸得到；x′、y′分别代表标准图形22的参考点在图像坐标系中的坐标值，c1至c8为校正参数。将围成每一矩形区域24的四个参考点在机械坐标系与图像坐标系中的坐标值代入公式（1）及（2），从而求得若干组与这些矩形区域24对应的校正参数c1至c8。
x′＝c1x+c2y+c3xy+c4    (1)
y′＝c5x+c6y+c7xy+c8    (2)
在测量工件时，若工件的测量点落入其中一矩形区域24，则可选用该矩形区域24对应的校正参数并运用公式（1）及（2）对该测量点的图像进行校正。
改变该图像撷取装置107的放大倍数，选取该校正片对应的校正区20并重复上述校正过程，便可得到不同放大倍数时的校正参数。
在其它的实施方式中，这些标准图形22也可以是其它图形,如圆形。此时，所选取的参考点可为这些圆形的标准图形22的圆心。

Claims (6)

1.一种校正方法，用以通过一校正片校正一影像测量仪的图像撷取装置，该影像测量仪包括一水平放置的工作台，该图像撷取装置装设于该工作台上方，该工作台可相对该图像撷取装置沿一机械坐标系的X轴及Y轴移动，该校正片包括一薄片，该薄片上形成一零点标记及若干大小各异的校正区，这些校正区分别对应该图像撷取装置不同的放大倍数，每一校正区内设有若干整齐排列且尺寸相同的标准图形，该校正方法包括以下步骤：
将该校正片放置于该影像测量仪的工作台，并定义该机械坐标的原点，从而确定该校正片的任意一点在该机械坐标系中的坐标值；
定义图像坐标系的原点；
根据图像撷取装置当前放大倍数而在校正片上选定一校正区，并撷取该校正区的清晰图像；
测量所选取参考点在该图像坐标系中的坐标值；及
根据所选取的参考点在该机械坐标系及该图像坐标系的坐标值之间的对应关系计算出该图像撷取装置的校正参数。
2.如权利要求1所述的校正方法，其特征在于：该校正片的标准图形为矩形，该校正片的零点标记为一圆形，定义零点标记的圆心为该机械坐标系的原点，并使该校正片的每一标准图形相互垂直的侧边分别平行于该机械坐标系的X轴及Y轴。
3.如权利要求2所述的校正方法，其特征在于：所述参考点分别为这些标准图形的中心点。
4.如权利要求3所述的校正方法，其特征在于：在每一标准图形一对与机械坐标系中的X轴相平行的第一侧边上分别任取一点，测量该两点X轴坐标并计算其平均值作为该标准图形中心点的X轴坐标，在每一标准图形一对与机械坐标系中的Y轴相平行的第二侧边上分别任取一点，测量该两点Y轴坐标并计算其平均值作为该标准图形中心点的Y轴坐标。
5.如权利要求2所述的校正方法，其特征在于：定义该零点标记的圆心为该图像坐标系的原点。
6.如权利要求2所述的校正方法，其特征在于：该影像测量仪与一显示设备相连用以显示该图像撷取装置所获取的图像，选定校正区时，所选定的校正区的标准图形可均匀完整地被该显示设备显示出来。
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