二次元影像測量儀的光學(xué)成像誤差分析

 任何精密儀器都會有誤差，盡量減小誤差，是我們需要做的。二次元影像測量儀是近年來基于計算機(jī)視覺檢測技術(shù)發(fā)展起來的一種率的新型精密測量儀器，應(yīng)用于機(jī)械制造、電子、汽車和航天航空等工業(yè)中。它可以用來進(jìn)行零部件的尺寸、形狀及其相互位置的在線檢測外，還可應(yīng)用于劃線、定中心孔、光刻、集成線路板對準(zhǔn)等。由于它的通用性強(qiáng)、測量范圍大、精度高、性能好、實時性強(qiáng)、能與柔性制造系統(tǒng)相連接，所以應(yīng)用廣泛。影像測量是將被測對象的圖像當(dāng)作檢測和傳遞信息的測量方法，其目的是從圖像中提取有用的信號，而基于圖像分析、識別來進(jìn)行測量。圖像是指對物體的發(fā)光以及反射光的視覺印象。因為計算機(jī)只能處理數(shù)字信息，所以圖像并不能直接由計算機(jī)進(jìn)行處理，一幅圖像在用計算機(jī)進(jìn)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，一個典型的圖像測量系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:光源、機(jī)臺、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、運(yùn)動控制系統(tǒng)等，通過各個部分的組合來完成各種不同環(huán)境高精密影像檢測任務(wù)。在利用CCD攝像機(jī)進(jìn)行實時影像測量時，攝像機(jī)采集圖像時所產(chǎn)生的誤差已經(jīng)成為測量系統(tǒng)中的主要誤差，它直接制約、影響著系統(tǒng)的測量精度。因此必須對攝像機(jī)所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析與檢校，以便對系統(tǒng)的精度進(jìn)行評價。

    誤差分析
攝像機(jī)所產(chǎn)生的誤差主要由它的光學(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)誤差、機(jī)械誤差、電學(xué)誤差等。其中電學(xué)誤差有CCD器件所固有;機(jī)械誤差則產(chǎn)生于測量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誤差。光學(xué)誤差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透鏡時的折射誤差和CCD點陣位置誤差等，光學(xué)系統(tǒng)存在著非線性的幾何失真，使得目標(biāo)像點與理論像點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)鏡頭的主光軸對稱。
2)偏心畸變:偏心畸變主要是由光學(xué)系統(tǒng)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、制造缺陷和加工安裝的誤差造成的，這類畸變相當(dāng)于在光學(xué)系統(tǒng)中附加了一個薄棱鏡，不僅會引起徑向偏差，而且引起切向偏差。