二次元影像測(cè)量?jī)x的光學(xué)成像誤差分析

 任何精密儀器都會(huì)有誤差，盡量減小誤差，是我們需要做的。二次元影像測(cè)量?jī)x是近年來(lái)基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種率的新型精密測(cè)量?jī)x器，應(yīng)用于機(jī)械制造、電子、汽車(chē)和航天航空等工業(yè)中。它可以用來(lái)進(jìn)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)、測(cè)量范圍大、精度高、性能好、實(shí)時(shí)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(cè)量是將被測(cè)對(duì)象的圖像當(dāng)作檢測(cè)和傳遞信息的測(cè)量方法，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(lái)進(jìn)行測(cè)量。圖像是指對(duì)物體的發(fā)光以及反射光的視覺(jué)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)進(jìn)行處理，一幅圖像在用計(jì)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(gè)典型的圖像測(cè)量系統(tǒng)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)控制系統(tǒng)等，通過(guò)各個(gè)部分的組合來(lái)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)進(jìn)行實(shí)時(shí)影像測(cè)量時(shí)，攝像機(jī)采集圖像時(shí)所產(chǎn)生的誤差已經(jīng)成為測(cè)量系統(tǒng)中的主要誤差，它直接制約、影響著系統(tǒng)的測(cè)量精度。因此必須對(duì)攝像機(jī)所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析與檢校，以便對(duì)系統(tǒng)的精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    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(cè)量?jī)x制造和裝配過(guò)程中，通過(guò)提高制造裝配質(zhì)量可以有效地減小該項(xiàng)誤差。光學(xué)誤差主要存在于成像光路和器件所帶來(lái)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(guò)各個(gè)透鏡時(shí)的折射誤差和CCD點(diǎn)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(diǎn)與理論像點(diǎn)之間存在多種類(lèi)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)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?chē)?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誤差造成的，這類(lèi)畸變相當(dāng)于在光學(xué)系統(tǒng)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。