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影像測量系統的精度校正方法

日期：2024-09-12 16:58
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摘要：
      隨著計算機技術、光學技術和圖像技術的快速發展，視覺檢測技術已逐漸應用于機械、模具、電子等行業的半成品、成品檢測及零件測繪領域。視覺檢測技術用于二維尺寸測量的典型應用是 影像測量儀 ，具有非接觸、高精度、高效率和高柔性的特點，作為坐標測量機的一個分支，得到了飛速的發展。一般二維圖像測量系統主要由照明系統、光學成像系統、CCD攝像機、圖像采集卡、位置傳感裝置、計算機及測量軟件組成， CCD 攝像機把帶有尺寸信息的光學信號變為視頻信號，經圖像采集卡送入計算機處理。因此，圖像處理的數據是數字信號，而所得結果的單位是用像素來表示的，如果要給出工件的尺寸，必須建立數字圖像像素與實際尺寸的對應關系。所以標定是機器視覺在尺寸檢測中的重要工作，對檢測精度的影響非常大。
　　1 標靶件的設計與使用
　　為了達到校正的目的， 通常需要標準形狀的圖形作為比對參照物， 即通常所說的標靶件。
根據校正需要，儀器設備生產廠家常根據需要加工校正樣板進行校正，一般加工一系列標準直徑的圓形圖形作為測量的標準形狀。靶標件的圓孔要求較高的加工精度，選擇標定圓直徑一般根據系統的成像區域大小而定。         因為圓孔過小，會使圓的成像邊緣點過少，圖像圓心、直徑等參數提取穩定性不好; 而圓孔過大，會使得標定時圓孔容易偏離標定區域。標定圓大致占整個影像視窗的八分之一的情況下，校正的效果較好。
        對于大視野的影像測量系統，通常由于成像范圍較大，鏡頭制造難，畸變影響較大，在其邊緣處通常測量的效果較差。為了有效地減少測量誤差，通常采用標準陣列的精密圓形模板或者標準間距的柵格模板。在進行校正時，為了**地獲取點陣圖像坐標和世界坐標，通常采用數字圖像方法，提取幾何形心的圖像數據，與對應的世界坐標對應，通過對應的數學模型，計算獲取校正系數。
　　2 二維圖像測量系統的標定原理
　　2.1 線性校正法
　　線性校正法在影像精密校正中使用較為廣泛， 通常目前市場上所使用的顯微鏡頭， 其成像畸變小， 所以成像后圖像尺寸與實際尺寸間存在線性關系， 根據這一特點，設計算法可以求取對應的比例系數。
　　2.2 多項式非線性校正法線性校正的方法在影像測量系統中得到較多的應用， 但是攝像機圖象的幾何畸變總是存在的， 對于廣角鏡頭或者視野范圍較大的顯微鏡頭和遠心鏡頭來說， 采用線性校正的方法無法修正桶形失真和枕形失真的非線性畸變因素對測量的影響。可用坐標間的多項式變換來表示該非線性變換。多項式校正的方法實際上是一種空間映射的方法， 在視場范圍內， 物件上的任意一點必定成于像圖像上的某點。
　　影像校正技術是機器視覺中一個非常重要的研究熱點，從工程應用實踐的角度出發，結合鏡頭和攝像機的固有特性，通過對應用場景的研究，開發出簡潔實用高效的的校正算法，實現對工件的精密檢測，這是今后的一個發展方向，也是視覺檢測應用開發研究人員的研究目標。  

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