影像量測(cè)儀的光學(xué)成像差別分析 影像量測(cè)儀是近年來基于計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)發(fā)展起來的一種高效率的新型精密量測(cè)儀器，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電子、汽車和航天航空等工業(yè)中。它可以用來運(yùn)行零部件的尺寸、形狀及其相互位置的在線檢測(cè)外，還可應(yīng)用于劃線、定中心孔、光刻、集成線路板對(duì)準(zhǔn)等。由于它的通用性強(qiáng)、量測(cè)范圍大、精度高、性能好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、能與柔性制造切換器相連接，所以應(yīng)用相當(dāng)廣泛。影像量測(cè)是將被測(cè)對(duì)象的圖像當(dāng)作檢測(cè)和傳遞信息的量測(cè)方法，其目的是從圖像中提取有用的信號(hào)，而基于圖像分析、識(shí)別來運(yùn)行量測(cè)。圖像是指對(duì)物體的發(fā)光以及反射光的視覺印象。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信息，所以圖像并不能直接由計(jì)算機(jī)運(yùn)行處理，一幅圖像在用計(jì)算機(jī)運(yùn)行處理之前必須先轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，成為數(shù)字圖像。因此，一個(gè)典型的圖像量測(cè)切換器主要由以下幾個(gè)部分組成:光源、機(jī)臺(tái)、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、運(yùn)動(dòng)控制切換器等，通過各個(gè)部分的組合來完成各種不同環(huán)境高精密影像檢測(cè)任務(wù)。在利用CCD攝像機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)影像量測(cè)時(shí)，攝像機(jī)采集圖像時(shí)所產(chǎn)生的差別已經(jīng)成為量測(cè)切換器中的主要差別，它直接制約、影響著切換器的量測(cè)精度。因此必須對(duì)攝像機(jī)所產(chǎn)生的差別運(yùn)行分析與檢校，以便對(duì)切換器的精度運(yùn)行評(píng)價(jià)。
差別分析
攝像機(jī)所產(chǎn)生的差別主要由它的光學(xué)成像鏡頭， CCD器件本身的成像質(zhì)量、以及圖像采集裝置(含圖像采集卡等)共同產(chǎn)生，一般分為光學(xué)差別、機(jī)械差別、電學(xué)差別等。其中電學(xué)差別有CCD器件所固有;機(jī)械差別則產(chǎn)生于量測(cè)儀制造和裝配過程中，通過提高制造裝配質(zhì)量可以有效地減小該項(xiàng)差別。光學(xué)差別主要存在于成像光路和器件所帶來的失真或畸變。由于攝像機(jī)的制造和工藝等原因，如入射光線在通過各個(gè)透鏡時(shí)的折射差別和CCD點(diǎn)陣位置差別等，光學(xué)切換器存在著非線性的幾何失真，使得目標(biāo)像點(diǎn)與理論像點(diǎn)之間存在多種類型的幾何畸變。
1)徑向畸變:徑向畸變主要是由于CCD鏡頭形狀存在的缺陷引起的，是關(guān)于攝像機(jī)鏡頭的主光軸對(duì)稱。
2)偏心畸變:偏心畸變主要是由光學(xué)切換器光心與幾何中心不一致造成的，即各透鏡的光軸中心不能嚴(yán)格共線。
3)薄棱鏡畸變:薄棱鏡畸變是由于鏡頭設(shè)計(jì)、制造缺陷和加工安裝的差別造成的，這類畸變相當(dāng)于在光學(xué)切換器中附加了一個(gè)薄棱鏡，不僅會(huì)引起徑向偏差，而且引起切向偏差。
上述的三種畸變都存在于光學(xué)拍攝的圖像中，圖像的非線性畸變主要是這三種畸變的疊加，因此可以建立圖像坐標(biāo)系中的非線性畸變模型。
基于計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)的影像量測(cè)具有非接觸、實(shí)時(shí)性好、實(shí)施簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)，正成為一種提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要關(guān)鍵技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。研究影響量測(cè)中光學(xué)成像過程中存在的差別及消除方法，并對(duì)CCD攝像機(jī)鏡頭畸變差別運(yùn)行了分析和標(biāo)定研究，利用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定片上的三點(diǎn)的實(shí)際像素坐標(biāo)以及理想像素坐標(biāo)，計(jì)算出畸變系數(shù)，計(jì)算出了畸變的大小以及其分布。結(jié)果表明鏡頭畸變徑向畸變較大，切向畸變和薄棱鏡畸變較小，且圖像中心區(qū)域畸變很小，邊緣畸變?cè)龃?。在精密量測(cè)中需要考慮到光學(xué)成像畸變的影響，并對(duì)所測(cè)得的圖像運(yùn)行必要的校正。
