線陣ccd相機成像平面與工作臺平行度的測量方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于成像平面測量領(lǐng)域，尤其涉及一種線陣CCD相機成像平面與工作臺平 行度的測量方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)測量線陣CCD相機成像平面與工作臺平面平行度的常用的典型測量方法分 為接觸式和非接觸式。接觸式如機械式打表測量，這種測量方法簡單、容易操作，但精度不 高；非接觸式包括激光測距法、紅外測距法和超聲波測距法等，非接觸式測量的共同特點是 通過接受反射來測量目標的距離和方位，這種方法測量精度高，但是采用非接觸式測量的 這些儀器一般體積較大，價錢較高，操作復雜，而且測量數(shù)據(jù)量大，不太適合近距離測量。當 被測物體對紅外光或者是超聲波有較強的吸收作用時候，將使測距系統(tǒng)失靈或測量數(shù)值不 準確。而且傳統(tǒng)的測量方法主要是基于相機外殼制造精度來測量相機與工作臺平行度，無 法通過相機與工作臺平行度給出掃描圖像質(zhì)量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種線陣CCD相機成像平面與工作臺平行 度的測量方法和系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)無法通過相機與工作臺給出掃描圖質(zhì)量誤差的問 題。
[0004] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種線陣CCD相機成像平面與工作臺平行度的測量方法， 包括以下步驟：
[0005] 步驟A，將工作臺劃分為若干采樣區(qū)域，將標定板分別放置于每個所述采樣區(qū)域并 利用線陣CCD相機進行掃描，得到掃描圖像；
[0006] 步驟B，對所述掃描圖像進行預處理，并進行二值化，獲取二值圖像；
[0007] 步驟C，對所述二值圖像進行橢圓擬合，獲取每個所述采樣區(qū)域的每個采樣點的圓 心坐標值和直徑；
[0008] 步驟D，根據(jù)每個采樣點的圓心坐標值和直徑計算相機在每個采樣點的實際放大 倍率；
[0009] 步驟E，根據(jù)所述放大倍率計算各個采樣點的實際物距，并根據(jù)所述實際物距獲取 各個采樣點的三維坐標值；
[0010] 步驟F，根據(jù)所述各個采樣點的三維坐標值擬合工作臺基準平面；
[0011] 步驟G，計算所述基準平面的法向量，及CCD相機安裝平面的傾斜角度和水平度。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供了一種新型無接觸式基于圖 像傳感器的檢測線陣CCD相機與工作臺平行度的測量方法和，根據(jù)線陣CCD相機掃描圓形 標定板的圖像實現(xiàn)相機與工作臺平行度的測量，調(diào)整相機位置消除圖像扭曲，能有效檢測 出相機安裝位置與工作臺的微小偏差，校正相機安裝位置，提高光學系統(tǒng)掃描圖像質(zhì)量。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實施例提供的一種線陣CCD相機成像平面與工作臺平行度的測量方 法的流程圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明實施例提供的一種線陣CCD相機成像平面與工作臺平行度的測量系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0016] 針對傳統(tǒng)測量線陣CCD相機成像平面與工作臺平面平行度的方法帶來的諸多問 題，本發(fā)明設計了一種新型無接觸式基于圖像傳感器的檢測線陣CCD相機與工作臺平行度 的測量方法，根據(jù)線陣CCD相機掃描圓形標定板的圖像實現(xiàn)相機與工作臺平行度的測量， 調(diào)整相機位置消除圖像扭曲。具體的步驟為圓形標定板放置于運動控制工作臺上，真空吸 附將其固定并隨工作臺一起以速度V運動，圓形標定板未進入相機視場時，線性組合光源 所發(fā)射光線直接通過光學成像系統(tǒng)成為一幀灰度值較高的背景圖像，當圓形標定板進入相 機視場時，圓形標定板遮擋光線使得采集圖像含有圓形標定板輪廓信息，將所有輸出圖像 按采集的先后關(guān)系進行拼接，即可得到完整的高分辨率標定板掃描圖像，通過圖像處理得 到圓形標定板的二維幾何尺寸。
[0017] 根據(jù)上述原理，本發(fā)明提供了如圖1所示的一種線陣CCD相機成像平面與工作臺 平行度的測量方法，具體步驟如下：
[0018] S1，設置采樣區(qū)域。在本步驟中，將工作臺劃分為mXn個區(qū)域，所述區(qū)域即為采樣 區(qū)域。
[0019] S2,獲取各采樣區(qū)域標定板掃描圖像。在本步驟中，用到的標定板是圓形標定板， 將圓形標定板放于每個所述采樣區(qū)域進行掃描，獲取每個所述采樣區(qū)域的掃描圖像，對系 統(tǒng)的運動工作臺的行進速度和采樣頻率進行嚴格控制，使之達到很好的同步效果。
[0020] S3,對所述掃描圖像進行濾波、去噪等預處理。
[0021] S4,對S3中經(jīng)預處理后的所述掃描圖像進行二值化處理，獲取二值圖像。
[0022] S5,對所述二值圖像進行橢圓擬合，獲取每個采樣區(qū)域的每個采樣點的圓心坐標 值和直徑。在本步驟中，所述采樣點為圓形標定板中的圓孔，對二值圖像進行分割，利用 ADM(AbsoluteDifferenceMask，絕對差分模板）算子檢測圖像邊緣，它能夠快速產(chǎn)生準確 的邊點集合，并且產(chǎn)生的邊緣是單寬度的，不需要再做邊緣細化，然后采用8-連通方向鏈 碼邊界跟蹤方法提取邊界，并將搜索鏈碼方向控制在最近鏈碼方向±45°范圍內(nèi)的3個相 鄰像素，以保證所獲邊界的局部數(shù)值的光滑性，獲取所述二值圖像中每個連通域邊緣坐標 fg息。
[0023] S6,求解相機在各采樣點實際放大倍率。用S為表示所述二值圖像的圓直徑，D表 示對應的標定板的圓直徑，則所述各采樣點的實際放大倍率為=M1=S/D。
[0024] S7,計算各采樣點實際物距。在本步驟中，以（x。，y。）表示所述采樣點的圓心坐標 值，f表示相機物距，P表示三維坐標值，則所述采樣點的實際物距為：Xl=X1ZM1,y1=y。/
[0025] S8,獲取各采樣點的三維坐標信息p (Xl，yi，Z1)。
[0026] S9,計算工作臺的基準平面和對應的法向量。在本步驟中，以所述采樣點為網(wǎng)絡結(jié) 點運用網(wǎng)格細分建立三維重構(gòu)模型，采用最小二乘法進行工作臺基準平面擬合。
[0027] 曲面擬合是一個相對簡單的函數(shù)來逼近一個數(shù)據(jù)采集的過程，數(shù)據(jù)采集主要來源 于試驗測量以及工程計算等，所以可能存在誤差，因此可以采用逼近的方法來擬合數(shù)據(jù)，通 過計算近似函數(shù)值和給定數(shù)據(jù)集中數(shù)值的差和平方和來度量擬合的性能。
[0028] 任意三次曲面方程均可表示為：
[0029] f(x,y) =a1+a2x+a3y+a4x2+a5xy+a6y2+a7x3+a8x2y+a9xy2+a10y3
[0030] 令：
[0031] z=f(x，y)，曲面坐標Pi=(x^yi),i= 1，2,…，n，一組基函數(shù)Dd1(P),b2(p)，… ，bn]控制整個曲面；對于任意的？1都滿足如下的線性關(guān)系：
[0032]
[0033] 式中，b.] (p) =xqyr，0 <q+r< 3,q彡 0，r彡 0,j= 1，2,…，n，其中b.] (p)為n次 多項式的空間的一組基，&1，a2，…，an為待定的系數(shù)矢量；
[0034] 將上述公式（1)以矩陣形式BA=Z表示，B為矩陣nXn，其中：
[0036]At=(ai，a2, 一an)，Zt=(zz2, ...zn);
[0037] 根據(jù)最小二乘法原理，擬合數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)之間的平方和的最小擬合最好，即：

[0043] 將公式⑷改寫成矩陣形式，得到：
[0044] BBtA=BZ - (5)
[0045] 上述矩陣方程ai，a2，…^可以根據(jù)求解一般線性方程組的方法精確的解出。
[0046] S10,計算相機安裝的傾斜角度與水平度。
[0047] 如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種線陣CCD相機成像平面與工作臺平行度的測量 系統(tǒng)，包括：
[0048] 采樣掃描單元1，用于將工作臺劃分為若干采樣區(qū)域，將標定板分別放置于每個所 述采樣區(qū)域并利用線陣CCD相機進行掃描，得到掃描圖像；
[0049] 處理單元2,用于對所述掃描圖像進行預處理，并進行二值化，獲取二值圖像；
[0050] 橢圓擬合單元3,用于對所述二值圖像進行橢圓擬合，獲取每個所述采樣區(qū)域的每 個米樣點的圓心坐標值和直徑；
[0051] 第一計算單元4,用于計算相機在所述采樣點的實際放大倍率。以S表示所述二 值圖像的圓直徑，D表示對應的標定板的圓直