[发明专利]基于几何误差修正技术的光轴与物面垂直度检测方法

权利要求书

1.基于几何误差修正技术的光轴与物面垂直度检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

A.使相机与XY平面相对运动，沿X轴从零点平移t₁到达第一成像点，由于位置度误差△_x(x)、直线度误差δ_y(x)和δ_z(x)、滚转角α(x)、俯仰角β(x)及偏摆角γ(x)的存在，平移之后相机的坐标(x₁,y₁,z₁)为

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\\ 1\end{array}\right]=T_{x1}\×\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 1\end{array}\right]$

其中

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{x1}=Trans(x+{\mathrm{\Δ}}_x\left(x\right),{\mathrm{\δ}}_y\left(x\right),{\mathrm{\δ}}_z\left(x\right))\×Rot(x,\mathrm{\α})\×Rot(x,\mathrm{\β})\×Rot(x,\mathrm{\γ})\\ x=t_1\end{array}\right.$

其中Trans()表示平移变换矩阵；Rot()表示旋转变换矩阵；

B.在第一成像点以固定步长调节物距、采集图像、选择清晰度评价函数计算图像清晰度函数值，同时记录物距值和清晰度函数值，直到找到清晰度最大值；相机在调节物距的过程中，由于位置度误差△_z(z)、直线度误差δ_x(z)、垂直度误差θ_xz以及俯仰角β(z)的存在，导致在调节物距过程中拍摄到的点偏离(x₁,y₁)，相机实际拍摄到的点的坐标为(x₁',y₁')，则

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1^{\′}=x_1+{\mathrm{\δ}}_x\left(z\right)+\mathrm{\β}\left(z\right)\×z+{\mathrm{\θ}}_{xz}\×z\\ z=z_{cam1}^{\′}\end{array}\right.$

其中z'_cam1为图像清晰度值最大时的物距真值，其值为：

$\left\{\begin{array}{c}{z}_{cam1}^{\′}=z+{\mathrm{\Δ}}_z\left(z\right)\\ z=z_{cam1}\end{array}\right.$

其中z_cam1为实验所得的物距值；

C.调节相机位置使其回到零点；

D.使相机与XY平面相对运动，沿X轴从零点平移t₂以到达第二成像点(x₂,y₂,z₂)，则

$\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ z_2\\ 1\end{array}\right]=T_{x2}\×\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 1\end{array}\right]$

其中

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{x2}=Trans(t_2+{\mathrm{\Δ}}_x(x),{\mathrm{\δ}}_y(x),{\mathrm{\δ}}_z(x\left)\right)\×Rot(x,\mathrm{\α})\×Rot(x,\mathrm{\β})\×Rot(x,\mathrm{\γ})\\ x=t_2\end{array}\right.$

E.在第二成像点以固定步长调节物距、采集图像，选择清晰度评价函数计算图像清晰度函数值，同时记录物距值和清晰度函数值，直到找到清晰度最大值；相机在调节物距的过程中，由于位置度误差△_z(z)、直线度误差δ_x(z)、垂直度误差θ_xz以及俯仰角β(z)的存在，实际拍摄到的点x'₂的坐标为

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2^{\′}=x_2+{\mathrm{\δ}}_x\left(z\right)+\mathrm{\β}\left(z\right)\×z+{\mathrm{\θ}}_{xz}\×z\\ z=z_{cam2}^{\′}\end{array}\right.$

其中z'_cam2为第二次调焦过程中图像清晰度值最大时的物距真值，其值为：

$\left\{\begin{array}{c}{z}_{cam2}^{\′}=z+{\mathrm{\Δ}}_z\left(z\right)\\ z=z_{cam2}\end{array}\right.$

其中z_cam2为实验所得的物距值；

F.计算光轴与物面的垂直度偏差角；

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{z_{cam2}^{\′}-z_{cam1}^{\′}}{x_2^{\′}-x_1^{\′}}$

同理，若使相机沿着Y轴移动，即可用上述方法检测光轴与物面Y向的垂直度偏差角。

2.根据权利要求1所述的基于几何误差修正技术的光轴与物面垂直度检测方法，其特征在于：清晰度评价函数选用梯度类函数中的修正梯度平方函数1。