CN101815156A - 二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法 - Google Patents

二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，包含设有(2N+1)2个采样点的校正模板，N为自然数，所述方法包括以下步骤：(1)在软件程序中设置扫描范围和校正模板的点数，所述校正模板上所有采样点构成的标准图形与所述扫描范围大小一致，根据所述扫描范围计算所述校正模板上每个采样点的坐标值，将计算出的采样点坐标值作为校正前的数据保存；(2)扫描所述校正模板上的采样点，通过软件程序控制移动光束，使光束与校正模板上该采样点重合，记录扫描后的采样点坐标值，作为该采样点校正后的数据；(3)获得所有采样点校正后的数据。将校正前后的坐标值代入牛顿插值公式中即可解决二维检流计式扫描器中图像失真问题。

Description

二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法
技术领域
本发明涉及一种图像失真的校正数据生成方法，尤其涉及二维检流计式扫描器(中文专业名词称为“振镜”，一种用于激光束扫描的元件)中图像失真校正数据的生成方法。
背景技术
由于使用二维振镜系统对激光束进行偏转存在以下问题：
(1)两镜片之间的安装距离会导致像场一定程度的枕形失真，这是因为X镜片与像场之间的光学距离与XY镜片之间的扫描角度大小有关，扫描角度越大，距离越长；
(2)像距与扫描角度本身不成比例，而与扫描角度的正切值成比例，使得激光标刻速度与振镜的角速度不成比例；
(3)如果用普通的透镜来聚焦激光束，焦点是落在球面上的。要落在平场中，光斑大小就会改变。
通过使用F-θ透镜将激光束进行偏转，上述三个问题有两个可以避免：
(1)扫描角度与像场对边的距离可直接成比例；
(2)可使焦点落在一个平面上。
但是F-θ透镜会对像场造成桶形失真，该失真叠加在原来的枕形失真中，就出现了所谓的桶-枕形失真。
图1中，a为XY镜片的间距引起的枕行失真；b为F-θ透镜引起的桶形失真；c为F-θ透镜引起的桶形失真和XY镜片的间距引起枕行失真叠加的桶-枕形失真。
针对二维振镜的固有失真，目前常用的校正方法是利用一种二次曲线校正模型，这种校正方法虽然很快，但不能对非线性失真进行校正，且校正精度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，将校正前后的坐标值代入牛顿插值公式中即可解决二维检流计式扫描器中图像失真问题。这种方法能够对各种失真进行精确校正。
本发明采用的技术方案是：二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，其特征在于：包含设有(2N+1)2个采样点的校正模板，N为自然数，所述方法包括以下步骤：
(1)在软件程序中设置扫描范围和校正模板的点数，所述校正模板上所有采样点构成的标准图形与所述扫描范围大小一致，根据所述扫描范围计算所述校正模板上每个采样点的坐标值，将计算出的采样点坐标值作为校正前的数据保存；
(2)扫描所述校正模板上的采样点，通过软件程序控制移动光束，使光束与校正模板上该采样点重合，记录扫描后的采样点坐标值，作为该采样点校正后的数据；
(3)获得所有采样点校正后的数据；
(4)根据所有采样点校正后的数据，软件程序对所有采样点扫描，使各行、各列相邻的采样点形成网格，若所述网格各行、各列上的采样点不在一条直线上，则重复步骤(2)，直到所述网格各行、各列上的采样点在一条直线上为止，保存此时的各采样点坐标值作为相应采样点最终校正后的数据。
根据所有采样点校正前的数据和最终校正后的数据，软件程序可进一步生成校正表输出。
进一步地，将所有采样点校正前的数据和最终校正后的数据代入牛顿插值公式，获得采样点之外所有点的插值数据，对失真图像进行校正。
所述步骤(1)中采样点坐标值的计算方法为：若输入扫描范围为：a*a，校正模板的点数为n*n，则两个点之间的间距为：b＝a/(n-1)，由之可得中心点和XY方向校正前的坐标分别为：(0，0)，(0，a/2)，(0，-a/2)，(-a/2，0)，(a/2，0)；根据前述坐标值和两点的间距b，进一步计算其余n2-5个点校正前的坐标值。
优选地，所述步骤(2)首先扫描校正模板上的几何中心采样点，然后扫描校正模板上四个角(左下角、右下角、左上角和右上角)的采样点，最后扫描校正模板上的其它采样点。
所述步骤(2)中采用自动扫描或手动扫描移动光束。
在整个校正过程中，工作台和模板要求水平放置，模板中心线与振镜的X、Y分别同轴；校正过程中不要移动激光器、振镜和工作台。
本发明与已有技术相比具有以下积极效果：
(1)本发明通过校正软件程序控制移动光束，使软件程序上的采样点与校正模板上该采样点重合，能够快速获得校正数据，对XY二维振镜固有失真，F-θ透镜引起的非线性失真和二维振镜机械安装的误差进行精确校正。
(2)本发明不需要对振镜式扫描系统的结构进行改装，只需要安装校正软件程序配合校正模板即可，具有构思巧妙，设计合理的特点，适合广泛推广应用。
附图说明
图1为三种失真示意图；其中，a为XY镜片的间距引起的枕行失真；b为F-θ透镜引起的桶形失真；c为F-θ透镜引起的桶形失真和XY镜片的间距引起枕行失真叠加的桶-枕形失真。
图2为本发明实施例的校正模板。
图3为本发明实施例的软件程序界面。
具体实施方式
参照附图，将详细叙述本发明的具体实施方式。
校正模板上设有(2N+1)2个采样点坐标小孔，N为自然数；N值越大，其校正精度越大。为减小视觉误差，校正模板上的坐标小孔直径应尽量和激光的焦斑直径相等，要求模板上标准图形大小与所用扫描范围一样，例如扫描范围是110mm*110mm，模板标准图形范围也必须是110mm*110mm，在这范围里平均分布25个点，为5*5网格，校正模板在移动光束过程中作为参考标准。
其中，校正模板需要用高精度的数控加工中心加工而成或用高精度绘图仪绘制而成。
如图2所示，以5*5个采样点为例，校正模板上有5*5个网格，共有25个精确坐标小孔。图中中央点(几何中心点)为第13坐标小孔，左下角为第1坐标小孔，右下角为第5坐标小孔，左上角为第21坐标小孔，右上角为第25坐标小孔，依此类推，每行从左到右排序。
校正软件程序安装在计算机系统中，其界面如图3所示，校正软件与校正模板上的采样点是一一对应的。通过校正软件控制光束与校正模板上相应小孔完全重合。
本实施例二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，包括以下步骤：
(1)输入初始数据并计算各采样点校正前的坐标数据
在校正软件的界面上输入扫描范围：110mm*110mm，校正模板的点数：5*5(系统默认的模板点数是5*5)，如图3所示。校正模板的标准图形大小与所用的扫描范围大小一致，即校正模板的尺寸：110mm*110mm。
校正软件根据扫描范围计算出校正模板上两个采样点之间的间距为：110/4＝27.5，据此可得1到25点的坐标值如表1所示，将此作为25个采样点校正前的数据，显示在软件工作界面上。
表1
  采样点   1   2   3   4   5
  (x，y)   (-55，-55)   (-27.5，-55)   (0，55)   (27.5，-55)   (55，-55)
  采样点   6   7   8   9   10
  (x，y)   (-55，-27.5)   (-27.5，-27.5)   (0，-27.5)   (27.5，-27.5)   (55，-27.5)
  采样点   11   12   13   14   15
  (x，y)   (-55，0)   (-27.5，0)   (0，0)   (27.5，0)   (55，0)
  采样点   16   17   18   19   20
  (x，y)   (-55，27.5)   (-27.5，27.5)   (0，27.5)   (27.5，27.5)   (55，27.5)
  采样点   21   22   23   24   25
  (x，y)   (-55，55)   (-27.5，55)   (0，55)   (27.5，55)   (55，55)
(2)扫描校正模板上的采样点，通过校正软件控制移动光束，使光束与校正模板上该采样点重合；记录扫描后的采样点坐标值，作为该采样点校正后的数据。
首先扫描校正模板上的几何中心采样点，然后扫描校正模板上四个角(左下角、右下角、左上角和右上角)的采样点，最后扫描校正模板上的其它采样点。扫描采样点时，该点的坐标值会实时显示在软件工作界面上。
也可以采用其它扫描顺序，只要得出所有采样点的坐标值即可。
扫描步骤具体为：
A、选择校正软件上的几何中心采样点，通过校正软件打开控制光束，移动校正模板使光束与校正模板上该采样点基本重合；再使用校正软件控制移动光束，使光束与校正模板上该采样点重合；保存扫描后的几何中心采样点坐标值，作为该采样点校正后的数据；
B、扫描校正模板上四个角(左下角、右下角、左上角和右上角)的采样点，通过校正软件控制移动光束，使光束与校正模板上该采样点重合；保存扫描后的四个角采样点坐标值，作为该采样点校正后的数据；
C、扫描校正模板上的其它采样点，通过校正软件控制移动光束，使光束与校正模板上该采样点重合；保存扫描后的其它采样点坐标值，作为该采样点校正后的数据。
移动光束的方法可以用手动扫描，也可以用自动扫描。其中自动扫描的方法及其取值装置参见公开号CN 101219504A专利的详细说明。
(3)根据步骤(2)得到25个采样点校正后的数据，如表2所示：
表2
  1   2   3   4   5
  (-58.15，-52.85)   (-29.25，-53.65)   (-0.3，-53.7)   (28.95，-53.35)   (57.8，-52.05)
  6   7   8   9   10
  (-56.2，-26.95)   (-28.1，-27.2)   (0，-27.45)   (28.3，-26.7)   (56.05，-26.05)
  11   12   13   14   15
  (-55.9，-0.45)   (-27.75，-0.15)   (0，0)   (27.8，0.1)   (55.9，0.25)
  16   17   18   19   20
  (-56.05，26.15)   (-28.05，26.7)   (0，27.2)   (28.35，27.2)   (56.45，26.8)
  21   22   23   24   25
  (-57.7，52.45)   (-28.8，53.55)   (0，54)   (28.85，53.95)   (58，53)
实践中根据具体情况，每次测得的校正后的数据会有所不同，上表只是一次具体试验的结果。
(4)根据25个采样点校正后的数据，校正软件对所有采样点扫描，使各行、各列相邻的采样点形成网格，若所述网格各行、各列上的采样点不在一条直线上，则重复步骤(2)，直到所述网格各行、各列上的采样点在一条直线上为止，保存此时的各采样点坐标值作为相应采样点最终校正后的数据。
(5)由25个采样点校正前的数据和最终校正后的数据，校正软件生成校正表输出。校正表如表3所示。
将校正前后的坐标值代入牛顿插值公式中即可解决二维检流计式扫描器中的图像失真问题。
表3
Figure GSA00000077289400071
本发明的输入初始数据还可以是其它，如扫描范围为：1000mm*1000mm，校正模板的点数：5*5，此时两个采样点之间的间距为：1000/4＝250，依此计算得出每个采样点的校正前坐标值。模板标准图形范围大小也必须是1000mm*1000mm，在这范围里平均分布25个点，为5*5网格，保证25个采样点构成的标准图形大小和所述扫描范围一致。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，其特征在于：包含设有(2N+1)2个采样点的校正模板，N为自然数，所述方法包括以下步骤：
(1)在软件程序中设置扫描范围和校正模板的点数，所述校正模板上所有采样点构成的标准图形与所述扫描范围大小一致，根据所述扫描范围计算所述校正模板上每个采样点的坐标值，将计算出的采样点坐标值作为校正前的数据保存；
(2)扫描所述校正模板上的采样点，通过软件程序控制移动光束，使光束与校正模板上该采样点重合，记录扫描后的采样点坐标值，作为该采样点校正后的数据；
(3)获得所有采样点校正后的数据；
(4)根据所有采样点校正后的数据，软件程序对所有采样点扫描，使各行、各列相邻的采样点形成网格，若所述网格各行、各列上的采样点不在一条直线上，则重复步骤(2)，直到所述网格各行、各列上的采样点在一条直线上为止，保存此时的各采样点坐标值作为相应采样点最终校正后的数据。
2.根据权利要求1所述的二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，其特征在于：根据所有采样点校正前的数据和最终校正后的数据，软件程序生成校正表输出。
3.根据权利要求1或2所述的二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，其特征在于：将所有采样点校正前的数据和最终校正后的数据代入牛顿插值公式，获得采样点之外所有点的插值数据，对失真图像进行校正。
4.根据权利要求1所述的二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，其特征在于：所述校正模板上设有5*5个采样点。
5.根据权利要求1所述的二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，其特征在于，所述步骤(1)中采样点坐标的计算方法为：若输入扫描范围为：a*a，校正模板的点数为n*n，则两个点之间的间距为：b＝a/(n-1)，由之可得中心点和XY方向校正前的坐标值分别为：(0，0)，(0，a/2)，(0，-a/2)，(-a/2，0)，(a/2，0)；根据前述坐标和两点的间距b，进一步计算其余n2-5个点校正前的坐标值。
6.根据权利要求1所述的二维检流计式扫描器中图像失真校正数据的生成方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用自动扫描或手动扫描移动光束。
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