[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

说明书

技术领域

本发明涉及视觉测量领域，特别是涉及一种基于几何误差修正技术和图像清晰度的光轴与物面垂直度检测方法。

背景技术

在利用CCD成像原理的影像测量系统中，相机光轴与测量面的垂直度偏差会造成一定的测量误差，在高精度的测量系统中，微小的偏差角都可能会对最终测量结果产生严重的影响。因此，必须准确测得光轴与物面的垂直度偏差角，再进行调整或者误差补偿，即可保证测量结果的正确度。

目前检测垂直度的方法大致有以下几种：1.利用直角尺配合塞尺测量镜筒与物面的垂直程度。但由于无法保证镜筒轴线与光轴的平行度和测量过程中的人员误差，故本方法难以保证测量准确度。2.直接拍摄标准件，利用标准件的实际物理尺寸与视觉测量所得结果进行比较，或者利用标准件自身物理量间的比较实现光轴与物面的垂直度偏差角测量。前者可以采集标准量块的图像，比较视觉测量所得结果与量块真值，由于所得图像变形为二次误差，故检测精度较低。后者可以采集标准圆的图像，通过比较图像中相互垂直的两直径长度检测光轴与物面的垂直度偏差角，由于涉及曲线拟合且拟合精度无法评估，故此方法检测精度也难以得到保证。3.利用自准直仪测量光轴与物面的垂直度偏差角，此法无法保证自准直仪发出的光线与光轴的平行度，故难以保证检测精度。4.利用自准直原理，测量由镜头发出的光经物面反射后所得反射光的偏移量，此法要求镜头能产生出射光线并捕获反射光的偏移量，并且要求物面为反光材料。限制较多，难以实施。5.利用图像清晰度测量光轴与物面垂直度，即分别计算一张图像中不同区域的清晰度，利用不同区域达到清晰度函数最大值时的Z向高度差以及同一图片中不同区域的距离得出光轴与物面垂直度偏差。但在大行程、小视场的视觉测量系统中，视场大小限制了此法的检测精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种利用图像清晰度变化规律以及几何误差修正技术的光轴与物面垂直度检测方法。

本发明所采用的技术方案是：

A.使相机与XY平面相对运动，令相机沿任一运动轴从零点到达第一成像点。

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，直到清晰度函数出现最大值。

C.调整相机位置使其回到零点。

D.使相机与XY平面相对运动，令相机沿同一运动轴从零点到达第二成像点。

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，直到清晰度函数出现最大值。

F.计算光轴与物面在此运动轴方向的垂直度偏差角。

清晰度评价函数最好选用梯度类函数中的修正梯度平方函数1。

本发明的有益效果是：依据不同成像点的位置关系、各成像点处图像清晰度函数值达到最大时的物距差以及几何误差修正技术实现测量系统光轴与物面垂直度偏差的检测。本发明无需其他仪器辅助，可有效提升光轴与物面垂直度的检测精度，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是光轴与物面不垂直引起的测量误差示意图。

图2是清晰成像原理示意图。

图3是图像清晰度函数值随物距变化示意图。

图4是三轴运动机构几何误差示意图；

图5是光轴与物面垂直度检测流程图。

具体实施方式

图1是光轴与物面不垂直引起的测量误差示意图。其中O是相机光心；OA是相机光轴；EG所在直线表示相机感光面；AC'所在直线表示垂直于光轴的物面；AC所在直线表示法线和光轴倾角为的物面；当光轴与物面严格垂直时，AC'所成像的长度为EG，当物面从AC'位置偏转角度到AC位置时，AC所成像的长度为EF，此时垂直度偏差引起的测量误差为FG。