CN104034259A - 一种影像测量仪校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种影像测量仪校正方法，该方法包括以下步骤：1)投影装置向工作平台投射一个投影图案；2)移动影像测量仪的测量测头，将投影图案置于影像测量仪的视窗之中，采集投影图案，并将其传送到上位计算机中；3)上位计算机对接收到的投影图像进行处理，提取需要检测的尺寸信息；4)改变投影装置的投影图案，重复步骤2)-3)；5)重复执行步骤4)一次以上，将多次处理所得的图像信息叠加，修正校正图像自身的制造误差，然后求出相交点的中心位置，通过相交点位置信息，得出相关尺寸参数，将多次校正所得数据通过算法平均，校正影像测量仪。与现有技术相比，本发明具有校正精度高、不需要校正片等优点。

Description

一种影像测量仪校正方法

技术领域

本发明涉及一种校正方法，尤其是涉及一种影像测量仪校正方法。

背景技术

光电影像测量技术具有非接触、适应能力强、精度高、检测速度快、可靠性高等其他类别检测仪器无法超越的优势，在现代工业检测中质量控制中使用广泛。影像测量仪的测量过程为，XY平台上待测零件经过上下光源照明后被工业相机和镜头组成的图像传感器系统采集到其图像，然后被传送到上位机计算机上，再对此图像进行预处理、再处理、分析，提取出需要检测的尺寸信息。由于图像中只能得到图像像素尺寸，为了转换到物理尺寸，需要首先对系统进行标定，即定位出像素和实际尺寸的换算关系。最后将检测处理后的信息和零件标准件的尺寸进行对比以判断是否合格。

对影像测量仪的标定很大程度决定影像测量仪的精确度，现有的标定方法大都采用标准件法，即把标准件的精确尺寸传递给数字图像，使用的标准件一般为标定板(光刻的高精度的光学玻璃，上面刻有不同尺寸的圆、矩形等)。例如中国专利CN101995214A公开的技术方案，该技术方案采用带圆形图案的校正片，通过测量标准的圆形图案，得出测量图像所对应的尺寸。

在不同的放大倍率下进行测量，标定板上的实际尺寸与影像测量仪在不同放大倍率下所测得的图像像素数的比值，即为不同放大倍率下的尺度因子。现有方法为了精确地获得尺寸因子参数，可在同一放大倍率下，对不同直径的圆进行测量，并分别计算出每一个图像像素所代表的长度，然后以它们的平均值作为在该放大倍率下的尺度因子。但系统的放大倍数往往不易精确测得。例如中国专利CN102445151A的技术方案。该方案通过多次测量校正片上的圆形图案，通过取平均来去除非线性误差。但该方案单次测量需要测定60多个圆的圆心位置，操作步骤多，而且更改影像测量仪放大倍率后需要再次重复标定。

另一方面，标定结果的重复性及准确度往往受到标准制造精度和测量精度的影响，而标准件的制造精度和测量精度不可能很高。

发明内容

本发明的目的就是为了摆脱现有校正方法需要校正片的束缚，同时克服上述现有技术影像测量仪非线性误差修正精度低，效率低的缺陷而提供的一种校正精度高的影像测量仪校正方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种影像测量仪校正方法，该方法包括以下步骤：

1)投影装置向工作平台投射一个投影图案；

2)移动影像测量仪的测量测头，将投影图案置于影像测量仪的视窗之中，采集投影图案，并将其传送到上位计算机中；

3)上位计算机对接收到的投影图像进行处理，提取需要检测的尺寸信息；

4)改变投影装置的投影图案，重复步骤2)-3)；

5)重复执行步骤4)一次以上，将多次处理所得的图像信息叠加，先修正校正图像自身的制造误差，然后求出相交点的中心位置，通过相交点位置信息，得出相关尺寸参数，将多次采得的数据通过算法平均，校正影像测量仪。

所述的投影装置包括相连接的投影镜头和控制机构，所述的投影镜头上刻画有投影图像，所述的控制机构包括MCU、电机和传动件，所述的电机分别连接MCU和传动件，所述的传动件与投影镜头连接；

控制机构的MCU控制电机运动，电机带动传动件改变投影镜头与投影光源间的距离，进而调节投影在工作平台上的投影图像的放大倍率；

控制机构的MCU控制电机运动，电机驱动传动件，传动件带动投影镜头沿工作平台的X轴或Y轴方向移动。

所述的投影镜头设有多个，每个投影镜头上刻画有一个投影图像，通过更换镜头，测量平台上得到不同的校正图形。

所述的投影镜头包括通用投影镜头和模板投影镜头，所述的通用投影镜头刻画的投影图像包括矩形、圆形、平行四边形或黑白棋盘格，所述的模板投影镜头刻画的投影图像与被测物件相匹配。

所述的步骤4)中，改变投影装置的投影图案具体包括以下三种方式：

①更换投影镜头；

②通过控制机构按指定值调节投影在工作平台上的投影图像的放大倍率；

③通过控制机构沿着工作平台的X轴或Y轴方向平移指定值。

该方法进行校正时，将投影图像投射到被校正影像测量仪的工作台面上的4个不同方向，其中包括影像仪的2个轴线方向和2个对角线方向，在每个不同的方向或位置对投影图像进行至少两次测量。

与现在的标准件法相比，本发明使得在校正影像测量仪的时候，不需要采用实物的标定板，具有校正精度高、使用方便等优点。由于标准件的制造精度和测量精度不可能很高，不使用标准件，带来的好处是标定的重复性及准确度不受标准制造精度和测量精度的影响。由于没有使用实物的标定板，这样即使在长时间使用过程中，也不会出现标定板由于使用不当，产生磨损，或者损坏等问题。另外，本发明设置有多个投影镜头，每个投影镜头上刻画有一个投影图像，更换镜头后再次测量，不同的校正图案相互之间存在关系，可通过图案相关性的算法，补偿内部误差，即补偿投影镜头的制造精度，安装精度所导致的图形尺寸误差，提高影像测量仪的校正精度。

附图说明

图1是影像测量仪校正过程的示意图；

图中，1为影像测量仪；2为光学镜头；3为投影装置；4为投影镜头；5为投影图像；6为工作平台；7为物方视场；8为像方视场；9为测量窗；10为测量点；

图2是影像测量仪校正方法一的流程图；

图3是影像测量仪校正方法二的流程图；

图4是影像测量仪校正方法三的流程图；

图5是一种投影镜头的平行四边形投影图案；

图6是一种投影镜头的矩形阵列投影图案；

图7是在校正方法一中将采集到的图像进行叠加的示意图；

图8是在校正方法二中将采集到的图像进行叠加的示意图；

图9是在校正方法三中将采集到的图像进行叠加的示意图；

图10是一种投影镜头的圆形投影图案；

图11是一种投影镜头的正弦曲线阵列投影图案；

图12是一种投影镜头的黑白相间的矩形阵列投影图案；

图13是一种投影镜头的黑白相间的菱形阵列投影图案。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1-图2所示，将投影装置3打开，MCU控制电机调节投影镜头4，将第一个投影图案投射到工作平台6，移动测量测头2，将形如图5所示的平行四边形置于视窗之中，将采集到其图像，然后被传送到上位机计算机上，然后对此图像进行预处理、再处理、分析，提取出需要检测的尺寸信息，得出采集到的平行四边形的尺寸与投影的平行四边形的尺寸的比例关系。然后更换投影的镜头矩形阵列如图6所示，将第二个投影图像投射到工作平台上，同样的通过影像测量仪测头采集投影图像、处理图像信息，得出采集到的矩形的尺寸与投影的矩形的尺寸的比例关系。校正软件将两次处理所得的图像的比例关系通过相关算法进行运算，校正影像测量仪。同时系统将两次采集到的图像进行叠加，如图7所示，从相交点的中心到其他相交点中心的距离，由于是通过相交点的中心，因此可以忽略投影图形的线宽，可以进一步得出较为准确的尺寸信息。两次测量的数据可以最大限度地减少投影镜头的制造误差，提供校正的精度。当需要再次进行校正时，只需更换投影镜头，将采集到图像再次叠加，就可以再次减少校正图像带来的非线性误差。

该方法进行校正时，将投影图像投射到被校正影像测量仪的工作台面上的4个不同方向，其中包括影像仪的2个轴线方向和2个对角线方向，在每个不同的方向或位置对投影图像进行至少两次测量。这样可以进一步将工作平台所带来的误差，进行校正。

本方法使用的投影装置3包括相连接的投影镜头4和控制机构，投影镜头4上刻画有投影图像，控制机构包括MCU、电机和传动件，电机分别连接MCU和传动件，传动件与投影镜头连接。控制机构的MCU控制电机运动，电机带动传动件比较高的精度改变投影镜头与投影光源间的距离，进而调节投影在工作平台上的投影图像的放大倍率，让投影图像的尺寸改变指定值。控制机构的MCU控制电机运动，电机驱动传动件，传动件带动投影镜头沿工作平台的X轴或Y轴方向移动指定值。MCU中设有嵌入式控制软件。上述指定值可以作为影像测量仪标定的标准值。

实施例2

如图1和图3所示，本实施例的校正方法具体为：首先将投影图像(图₅平行四边形)投射到工作平台6，使用影像测量仪测头采集图像，进行图像处理得出处理数据，得出采集到的平行四边形像素与投影出来的平行四边形实际尺寸的比例关系。然后通过投影装置里的控制装置改变投影图像的放大倍率。使得投影图像大小为特定值，同样的通过影像测量仪测头采集投影图像、处理图像信息，再次得出采集到图像像素点与实际尺寸的比例关系。校正软件将两次处理所得的图像的比例关系通过相关算法进行运算，校正影像测量仪。同时软件还可以将两次采集到的平行四边形进行叠加，如图8所示，两个平行四边形变化的尺寸即为图像放大的比例，据此可以进一步校正，减少影像测量仪的非线性误差。其余同实施例1。

实施例3

如图1和图4所示，本实施例的校正方法具体为：首先将投影图像(图5平行四边形)投射到工作平台，使用影像测量仪测头采集图像，进行图像处理得出处理数据，得出采集到图像的像素点与实际尺寸的比例关系。然后通过投影装置里的控制装置让投影图像沿着X轴或Y轴方向平移指定值，这样第二次出现的图像与第一次的图像存在偏移量。同样的通过影像测量仪测头采集投影图像、处理图像信息。如图9所示，将采集到的两个图像叠加，得到图像的平移量，对比控制装置的平移量，可以进一步校正影像测量仪的非线性误差。多次测量的数据可以最大限度地减少投影镜头的制造误差，提供校正的精度。其余同实施例1。

投影镜头设有多个，每个投影镜头上刻画有一个投影图像。投影镜头根据不同投影图像可分为通用投影镜头和模板投影镜头，通用投影镜头刻画的投影图像包括矩形、圆形、平行四边形或黑白棋盘格等，模板投影镜头刻画的投影图像与被测物件相匹配。如图5、6、10为不同的通用投影图像。利用矩形阵列与平行四边形这两个镜头相互使用时，先用矩形阵列的镜头进行校正得出尺寸因子a₁，在换用平行四边形镜头校正尺寸因子a₂，结合a₁与a₂，将两个镜头的制造误差通过相关性原理去除，得到比较准确的尺寸因子。同时对影像进行分析的过程中，矩形的直角与平行四边形的特殊角可以减小E_XY，即测量平面内的尺寸测量误差。

同理通过使用圆形投影镜头，可以拟合出圆的方程F(x，y)＝x²+y²+ax+by+c，由于图像采集设备误差以及图像处理误差的存在，一般追踪到的同一个标定圆的边界点不可能都在同一个圆上，所以对任意一个点集S_k(k＝1，2，...，M)F(x，y)三0，((x，y)∈S_k)一般不成立。因此通过求x²+y²+a_kx+b_ky+c_k最小值的方法求出a_k，b_k，c_k。通过求偏导的方式，得出最小值的时候的a_k，b_k，c_k的值。则半径为

$R_k=\sqrt{\frac{a_k^2+a_k^2}{4}-c_k}$

由于圆的实际半径已知，结合光学镜头与投影镜头的放大倍数同样可以得出影像测量仪的尺寸因子。

图11为等间隔的三条正弦曲线，测量曲线的幅值与周期后，结合光学镜头与投影镜头的放大倍数，可以得出影像测量仪的尺寸因子。

图12、13为黑白相间的矩形阵列和黑白相间的菱形矩阵，黑白相间的图案不仅可以得出影像测量仪的尺寸因子，还可以检测通过黑白相间的图案校验影像测量仪对图案边界的捕捉是否准确。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种影像测量仪校正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)投影装置向工作平台投射一个投影图案；

2)移动影像测量仪的测量测头，将投影图案置于影像测量仪的视窗之中，采集投影图案，并将其传送到上位计算机中；

3)上位计算机对接收到的投影图像进行处理，提取需要检测的尺寸信息；

4)改变投影装置的投影图案，重复步骤2)-3)；

5)重复执行步骤4)一次以上，将多次处理所得的图像信息叠加，修正校正图像自身的制造误差，然后求出相交点的中心位置，通过相交点位置信息，得出相关尺寸参数，将多次采得的数据通过算法平均，校正影像测量仪。

2.根据权利要求1所述的一种影像测量仪校正方法，其特征在于，所述的投影装置包括相连接的投影镜头和控制机构，所述的投影镜头上刻画有投影图像，所述的控制机构包括MCU、电机和传动件，所述的电机分别连接MCU和传动件，所述的传动件与投影镜头连接；

控制机构的MCU控制电机运动，电机带动传动件改变投影镜头与投影光源间的距离，进而调节投影在工作平台上的投影图像的放大倍率；

控制机构的MCU控制电机运动，电机驱动传动件，传动件带动投影镜头沿工作平台的X轴或Y轴方向移动。

3.根据权利要求2所述的一种影像测量仪校正方法，其特征在于，所述的投影镜头设有多个，每个投影镜头上刻画有一个投影图像，通过更换镜头，测量平台上得到不同的校正图形。

4.根据权利要求2所述的一种影像测量仪校正方法，其特征在于，所述的投影镜头包括通用投影镜头和模板投影镜头，所述的通用投影镜头刻画的投影图像包括矩形、圆形、平行四边形或黑白棋盘格，所述的模板投影镜头刻画的投影图像与被测物件相匹配。

5.根据权利要求3所述的一种影像测量仪校正方法，其特征在于，所述的步骤4)中，改变投影装置的投影图案具体包括以下三种方式：

①更换投影镜头；

②通过控制机构按指定值调节投影在工作平台上的投影图像的放大倍率；

③通过控制机构沿着工作平台的X轴或Y轴方向平移指定值。

6.根据权利要求1所述的一种影像测量仪校正方法，其特征在于，该方法进行校正时，将投影图像投射到被校正影像测量仪的工作台面上的4个不同方向，其中包括影像仪的2个轴线方向和2个对角线方向，在每个不同的方向或位置对投影图像进行至少两次测量。