本實用新型涉及鏡片模具測量領域，尤其涉及一種利用特征點匹配技術來測量手機鏡頭中塑料鏡片模具上的注塑孔尺寸和相對位置的測量系統。

背景技術：

目前，手機鏡頭大多采用塑料鏡片，鏡片在注塑前需要測量鏡片模具中的注塑孔的孔徑大小和相對位置，以便注塑頭能夠準確地將熔融塑料注入模具當中。由于鏡片模具中包含上百個注塑孔，利用常規(guī)的圖像拼接方法難以獲得高精度的孔徑尺寸，常規(guī)圖像拼接方法適用于單孔徑模具的測量，在測量多孔徑模具(手機鏡片模具)時，計算機圖像系統所要處理的圖像信息量非常大，處理時間長、效率低，導致測量的尺寸和位置精度都不理想，難以滿足現代工業(yè)的要求。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種既能夠減少圖像數據的處理量，同時提高測量精度的自動測量系統。

本實用新型的目的通過下述技術方案實現：

一種基于特征點匹配的自動測量系統，包括用于驅動鏡片模具移動的雙軸電控平臺、刻有規(guī)則圖案的掩膜板、顯微鏡、圖像傳感器、用于圖像采集、處理及控制模具位移的控制系統、升降支座、以及底座。其中，顯微鏡和圖像傳感器同軸安裝，其光軸垂直于雙軸電控平臺。

具體的，將鏡片模具固定在所述雙軸電控平臺上，所述掩膜板設置在模具上方，所述雙軸電控平臺、模具和掩膜板三者相對固定，在移動過程中不會產生相對位移，雙軸電控平臺在控制系統的驅動下步進拍照并通過抓取圖像中的特征點來測出模具的尺寸信息。所述顯微鏡位于掩膜板的上方，與升降支座的一端固定連接，所述圖像傳感器設置在顯微鏡上，通過顯微鏡采集模具的圖像信息并傳送給控制系統，所述升降支座的另一端設置在底座上，通過調節(jié)顯微鏡的高度來提高圖像傳感器的成像質量。

所述控制系統包括圖像采集模塊、控制模塊和測量處理模塊。所述圖像采集模塊與圖像傳感器連接，通過圖像傳感器將采集到的圖像信息轉化為可處理的圖像數據。所述控制模塊與雙軸電控平臺連接，控制模具和掩膜板在平臺上的步進距離。所述測量處理模塊抓取并匹配圖像采集模塊生成的圖像數據中的特征點來計算出模具上的孔徑信息。

所述自動測量系統還包括測量前用于標定圖像中單位尺寸對應的實際尺寸的標定板。在正式測量前，利用所述標定板對圖像采集和處理系統進行標定，確定準確的放大倍率，所述標定板設置在雙軸電控平臺上，標定板上設有規(guī)則圖案，通過圖像傳感器進行采集，對圖像進行標定，操作簡單方便，可以明顯提高系統的測量的精度。

作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述掩膜板為玻璃材質，采用激光工藝在表面上雕刻用于增加圖像特征點數量的規(guī)則圖案。該圖案的線寬約為模具孔徑圓環(huán)線寬的十分之一，方便后期圖像處理中采用腐蝕膨脹算法將模具孔徑圓環(huán)和掩膜板圖案順利分割。

作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述雙軸電控平臺為X軸和Y軸電控平臺。所述掩膜板采用激光工藝來雕刻，有助于很好地控制線寬，雕刻精度高、效果好，而且在雕刻的同時不會傷及工件表面或引起工件變形。所述顯微鏡采用可變焦遠心測微顯微鏡，可根據模具尺寸選擇不同的放大倍率和工作距離，而且成像質量高。所述顯微鏡上設有用于調節(jié)焦距的調節(jié)環(huán)，所述調節(jié)環(huán)用于調整顯微鏡的成像焦距，使圖像傳感器采集的圖像清晰可見。

一種基于特征點匹配的自動測量系統的測量方法，包括如下步驟：

步驟S1:根據鏡片模具的尺寸以及注塑孔的數量來選擇合適的步進拍照方案。其中，所述步驟S1中還包括如下步驟：

步驟S11:將模具固定在測量平臺上，使模具平面與圖像傳感器和顯微鏡的測量光軸保持垂直；

步驟S12:調節(jié)顯微鏡放大倍率，在滿足精度要求下使得像素容許誤差大于4個像素，用于降低后期圓形擬合產生的誤差；

步驟S13:調節(jié)顯微鏡的調節(jié)環(huán)進行對焦，并選擇合適的工作距離，使圖像傳感器采集的圖像清晰，成像質量好；

步驟S14:根據模具上的孔徑大小和間距，為測量平臺選擇合適的步進間隔、步進量和步進路線，步進間隔小于圖像寬度的二分之一，使得相鄰兩幅圖像的重疊區(qū)域較大，確保后期圖像處理中采用模板匹配算法進行特征點匹配的準確度，步進量和步進路線按照步進間隔連續(xù)環(huán)繞模具孔徑一周。

步驟S2:將標定板放到電控平臺上，對圖像采集模塊進行標定。其中，所述步驟S2中還包括如下步驟：

步驟S21:將標定板水平放置于測量平臺上，通過圖像采集模塊對標定板進行圖像采集；

步驟S22:對所拍攝的標定板圖像進行標定點像素坐標提取，在測量處理模塊中進行攝像頭系統標定，得出準確的放大倍率。

步驟S3:取走標定板，將模具和掩膜板固定在電控平臺上，控制模塊驅動電控平臺對模具進行步進拍照。其中，所述步驟S3中還包括如下步驟：

步驟S31:根據模具大小選擇激光光刻掩膜板的尺寸大小，使掩膜板可完全覆蓋模具；

步驟S32:根據模具上的孔徑在測微顯微鏡放大下的圓環(huán)線寬來決定激光光刻掩膜板規(guī)則圖案的線寬，掩膜板規(guī)則圖案的線寬為手機鏡片模具孔徑圓環(huán)線寬的十分之一；

步驟S33:根據圖像采集模塊的視場大小，繪制激光光刻掩膜板的圖案，確保掩膜板圖案在兩個視場大小內無重復圖樣，且圖樣間距適中，不可過密，線條間距大于十倍線寬，防止掩膜板圖案過密而掩蓋下方模具的孔徑；

步驟S34:激光光刻掩膜板的圖案線條為反射率較低的非透明材質，該材質的線條在成像中較為明顯，有助于特征點的篩選和匹配，可以明顯提高圖像的處理效率，降低工作量；

步驟S35:將激光光刻掩膜板刻有規(guī)則圖案的一面貼緊模具表面，并保持掩膜板、手機鏡片模具和電控平移臺載物臺三者相對固定，在步進拍照時不會產生相對位移，提高系統的測量精度。

步驟S4:測量處理模塊抓取圖像數據中的特征點，對不同圖像中的特征點進行匹配和處理，得到模具中注塑孔的孔徑信息。其中，所述步驟S4中還包括如下步驟：

步驟S41:設一個空點集D；

步驟S42:對相鄰兩幅圖像進行特征點檢測和匹配，獲得兩幅圖像的相對坐標變換矩陣T；

步驟S43:對步驟S41中的兩幅圖像進行分割處理，獲取模具孔徑圓環(huán)的亞像素輪廓邊緣點集，其中模板圖的輪廓點集為A，待匹配圖的輪廓點集為B，并將點集A合并到點集D＝[D,A]；

步驟S44:變換矩陣T作用于點集D，得到點集C；

步驟S45:將點集B與點集C合并，得到點集D＝[B,C]；

步驟S46:重復步驟S42至步驟S46，直至處理完所有圖像；

步驟S47:利用最小二乘法對點集D進行圓擬合，得到多孔徑的直徑和相對距離。

本實用新型的工作過程和原理是：本實用新型首先通過標定板對測量系統的圖像采集和處理模塊進行標定，得出精確的放大倍率；然后將模具和掩膜板一起放到測量平臺上，選擇合適的步進拍照方案和步進線路并開始拍照測量；最后通過圖像采集模塊生成帶有特征點的圖像數據，通過圖像處理模塊對生成的圖像數據進行特征點匹配和擬合，計算出模具上的多孔徑尺寸和相對位置。本實用新型的結構簡單、成本低、使用方便，利用帶有規(guī)則圖案的掩膜板增加圖像特征點數量并結合基于特征點匹配的測量方案，可以明顯提高測量系統的精度，同時顯著降低圖像處理的工作量；另外，本實用新型在不升級原有平臺的基礎上將測量精度提高一個數量級(從10um提高到1um)，不僅節(jié)省了成本，而且還縮短了處理時間，提高了工作效率。

與現有技術相比，本實用新型還具有以下優(yōu)點：

(1)與傳統的人工光電圖像測量系統相比，本實用新型使用10um精度的雙軸電控平移臺實現自動化控制。

(2)本實用新型利用特征點匹配的方法獲得多張圖像的亞像素邊緣輪廓點的相對坐標，與利用圖像拼接法獲得圖像相對坐標相比，本方法可大大降低數據處理量，明顯提高處理效率。

(3)本實用新型通過掩膜板和特征點匹配技術的配合使用，獲得高精度的孔徑尺寸，與采用昂貴的1um精度雙軸電控平臺方案相比，具有極低的成本優(yōu)勢，大大節(jié)省了設備的一次性投入。

(4)本實用新型采用圖像特征點匹配技術代替?zhèn)鹘y的圖像拼接技術，可以明顯減少圖像的處理量，降低技術機的工作負荷，提高圖像的處理速度和效率，獲得更高精度的孔徑尺寸。

附圖說明

圖1是本實用新型所提供的自動測量系統的結構示意圖。

圖2是本實用新型所提供的基于特征點匹配的測量方法的流程圖。

圖3是本實用新型所提供的帶有規(guī)則圖案的掩膜板。

圖4是本實用新型所提供的規(guī)則圖案的局部放大圖。

上述附圖中的標號說明：1-掩膜板，3-顯微鏡，4-圖像傳感器，5-升降支座，6-底座。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型作進一步說明。

實施例1：

如圖1所示，本實用新型公開了一種基于特征點匹配的手機鏡片模具微米級自動測量系統，該系統主要包括：雙軸電控平移臺(圖中未示出)、激光光刻掩膜板1、標定板(圖中未示出)、顯微鏡3、圖像傳感器4、升降支座5、底座6、圖像采集系統(圖中未示出)、計算機控制及測量處理系統(圖中未示出)。

其中，10um精度的雙軸電控平移臺由雙軸平移臺和數字控制箱組成，用于水平放置手機鏡片模具，可實現X軸和Y軸的單步或多步平移控制，實現測量自動化。

其中，如圖3和圖4所示，激光光刻掩膜板1刻有自定義規(guī)則圖案，覆蓋于鏡片模具表面，增加圖像特征點，可顯著提高后期圖像特征點匹配精度。

其中，圖像采集系統由圖像傳感器4和可變焦遠心測微顯微鏡3組成，圖像采集系統光軸線與雙軸電控平移臺互相垂直，可變焦遠心測微顯微鏡3設有調節(jié)環(huán)(圖中未示出)，可微調工作距達到對焦的效果，也可實現不同的倍率和工作距。

其中，計算機控制及測量處理系統可進行雙軸電控平移臺控制、攝像頭系統標定、圖像特征點檢測與匹配運算、亞像素邊緣輪廓提取與圓的擬合測量運算。

如圖1和圖2所示，本實用新型還公開了一種基于特征點匹配的手機鏡片模具微米級自動測量方法，主要包括如下步驟：

S1：根據測量精度要求選擇合適的放大倍率，根據手機鏡片模具尺寸選擇合適的平移臺步進方案；

S2：圖像采集系統的標定；

S3：結合激光光刻掩膜板1采集圖像；

S4：在計算機測量處理系統里對圖像進行處理和特征點匹配，測量出多孔徑直徑和相對距離。

作為優(yōu)選方案，對于步驟S1，根據測量精度要求選擇合適的放大倍率，根據手機鏡片模具尺寸選擇合適的平移臺步進方案包括如下步驟：

S1-1：將手機鏡片模具固定于雙軸電控平移臺載物臺，與圖像傳感器4和可變焦遠心測微顯微鏡3組保持垂直；

S1-2：調節(jié)測微顯微鏡3放大倍率，在滿足精度要求下使得像素容許誤差大于4個像素；

S1-3：調節(jié)可變焦遠心測微顯微鏡3調節(jié)環(huán)進行對焦，選擇合適工作距離；

S1-4：根據手機鏡片模具孔徑大小和間距，選擇合適的電控平移臺步進間隔、步進量和步進路線，步進間隔應小于圖像寬度的二分之一，步進量和步進路線應確保按照步進間隔連續(xù)環(huán)繞手機鏡片模具孔徑一周。

作為優(yōu)選方案，對于步驟S2，圖像采集系統的標定包括如下步驟：

S2-1：將標定板水平放置于電控平移臺，用圖像采集系統進行標定板圖像采集；

S2-2：對所拍攝的標定板圖像進行標定點像素坐標提取，在計算機測量處理系統中進行攝像頭系統標定，得出準確放大倍率。

作為優(yōu)選方案，對于步驟S3，結合激光光刻掩膜板采集圖像包括如下步驟：

S3-1：根據手機鏡片模具大小選擇激光光刻掩膜板1大小，使掩膜板1可完全覆蓋手機鏡片模具；

S3-2：根據手機鏡片模具孔徑在測微顯微鏡3放大下的圓環(huán)線寬來決定激光光刻掩膜板1圖案線寬，掩膜板1圖案線寬約為手機鏡片模具孔徑圓環(huán)線寬的十分之一；

S3-3：根據圖像采集系統視場大小，繪制激光光刻掩膜板1圖案，要求掩膜1板圖案在兩個視場大小內無重復圖樣，且圖樣不可過密，線條間距應大于十倍線寬；

S3-4：激光光刻掩膜板1圖案線條應為反射率較低的非透明材質；

S3-5：將激光光刻掩膜板1刻有自定義規(guī)則圖案的一面貼緊手機鏡片模具表面，保持掩膜板1、手機鏡片模具和電控平移臺載物臺無相對位移。

作為優(yōu)選方案，對于步驟S4，在計算機測量處理系統里對圖像進行處理和特征點匹配，測量出多孔徑直徑和相對距離包括如下步驟：

S4-1：設一個空點集D；

S4-2：對相鄰兩幅圖像進行特征點檢測和匹配，獲得兩幅圖像的相對坐標變換矩陣T；

S4-3：對S4-1步驟中的兩幅圖像進行分割處理，獲取手機模具孔徑圓環(huán)的亞像素輪廓邊緣點集，其中模板圖的輪廓點集為A，待匹配圖的輪廓點集為B，并將點集A合并到點集D＝[D,A]；

S4-4：變換矩陣T作用于點集D，得到點集C；

S4-5：將點集B與點集C合并，得到點集D＝[B,C]；

S4-6：重復步驟S4-2到S4-6，直至處理完所有圖像；

S4-7：利用最小二乘法對點集D進行圓擬合，得到多孔徑的直徑和相對距離。

本實用新型的工作過程和原理是：本實用新型首先通過標定板對測量系統的圖像采集和處理模塊進行標定，得出精確的放大倍率；然后將模具和掩膜板1一起放到測量平臺上，選擇合適的步進拍照方案和步進線路并開始拍照測量；最后通過圖像采集模塊生成帶有特征點的圖像數據，通過圖像處理模塊對生成的圖像數據進行特征點匹配和擬合，計算出模具上的多孔徑尺寸和相對位置。本實用新型的結構簡單、成本低、使用方便，利用帶有規(guī)則圖案的掩膜板1作為標尺并結合基于特征點匹配的測量方案，可以明顯提高測量系統的精度，同時顯著降低圖像處理的工作量；另外，本實用新型在不升級原有平臺的基礎上將測量精度提高一個數量級(從10um提高到1um)，不僅節(jié)省了成本，而且還縮短了處理時間，提高了工作效率。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。