专利名称：一种影像测量仪的自标定方法
技术领域：
本发明涉及影像测量仪标定方法领域，具体为一种影像测量仪的自标定方法。
背景技术：
影像测量技术是视觉检测中需要进行定量测量的一类，重点研究的是物体的几何量测量。随着科学技术的进步，该技术最典型的产品，即利用非接触影像测头进行测量的影像测量仪，已逐渐被众多行业所接受。经过几十年的发展，影像测量仪的应用范围不断扩大，已具备对复杂的工件轮廓和表面形状进行精密测量的能力。针对影像测量仪，测量前的准备工作中的最核心任务就是标定，其是摄像机图像像素位置与场景点位置之间建立对应关系的桥梁。标定影像测量仪相较于一般的非线性模型摄像机标定要简单，但由于其面向的是精密测量，故对标定的精度要求较高。

目前，标定影像测量仪的一般方法是标准件法，即把标准件的精确尺寸传递给数字图像，就是通过对标定板进行测量，计算标定板上的实际尺寸和所测得的图像像素数的比值，从而求取尺度因子α。其中，标定板，又称靶标，通常采用光学玻璃、陶瓷和金属等材质来制作基板，再在其上刻画各种类型的靶标图案。虽然标准件法已经发展的较为成熟，且具有较高的精度，但在显微镜头的放大倍率需频繁变换的情况下，该方法则凸显出操作过程繁琐、耗时的缺点。另外，由于影像测量仪的视场较小，使得性能优异的标定板难以制作，并价格昂贵，且在使用过程中，这些高精度的标定板极易受到污染和磨损，从而对标定的精度造成影响，最终影响测量仪的测量结果O

发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种影像测量仪的自标定方法，该方法无需标定板，使得操作者能够更简洁、更高效地设定影像测量仪的尺度因子α，且节约了成本。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:以被测工件在二维平面内平移前后两幅相邻图像为对象，基于数学图像相关原理，根据零均值归一化互相关准则计算得到被测工件平移前后两幅相邻图像在X轴和Y轴的像素位移量值；再结合采集被测工件平移前后图像时影像测量仪自身配置的光栅尺的读数值，求得被测工件在X轴和Y轴的实际物理尺寸位移量值；最后根据被测工件实际物理尺寸位移量值与被测工件平移前后两幅相邻图像的像素位移量值的比值，求得影像测量仪的尺度因子α，实现影像测量仪的自标定。所述的一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:求得被测工件平移前后两幅相邻图像在X轴和Y轴的像素位移量值过程如下:设平移前被测工件图像为参考图像(X，y)，平移后相邻的被测工件图像为目标图像f2(x，7)，首先在参考图像4 0^，y)中选取参考子区域Atl为模板，被测工件平移后获得目标图像f2(x，y);然后以零均值归一化互相关准则为判据，计算参考图像4(1，y)与目标图像f2(x，y)各位置的相似度量C，根据相似度量C的值在目标图像4(1，y)中搜索定位出与参考子区域Atl对应的目标子区域A1的位置；最后以参考图像4(1 y)中选取的参考子区域Atl与目标图像f2(x，y)中目标子区域4为对象，基于数学图像相关运算计算出被测工件平移前后的两幅相邻图像的X和Y轴方向的整像素位移值U和V，再采用基于梯度的亚像素位移算法，求取亚像素位移值Λ X和Ay。所述的一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:选取参考子区域Atl时，挑选被测工件的被测表面具有明显特征的位置为参考子区域Atl，通常选取缺陷位置；或者借助具有顶尖的物品，以物品的顶尖为成像对象，对焦后则在图像上形成一个亮点，以此作为所述参考子区域所述的一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:求得被测工件在X轴和Y轴的实际物理尺寸位移量值过程如下:根据参考子区域Atl在参考图像(x, y)的位置P1的光栅尺读数，以及目标子区域A1在目标图像f2(x，y)的位置P2的光栅尺读数，计算出被测工件在X和Y轴方向实际物理尺寸的位移量值Lx和LY，并根据向量P1P2的方向，确定参考子区域Atl对应的目标子区域A1将位于目标图像f2(x，y)的哪个象限。所述的一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:影像测量仪的尺度因子α的计算公式为:
权利要求
1.一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:以被测工件在二维平面内平移前后两幅相邻图像为对象，基于数学图像相关原理，根据零均值归一化互相关准则计算得到被测工件平移前后两幅相邻图像在X轴和Y轴的像素位移量值；再结合采集被测工件平移前后图像时影像测量仪自身配置的光栅尺的读数值，求得被测工件在X轴和Y轴的实际物理尺寸位移量值；最后根据被测工件实际物理尺寸位移量值与被测工件平移前后两幅相邻图像的像素位移量值的比值，求得影像测量仪的尺度因子α，实现影像测量仪的自标定。
2.根据权利要求1所述的一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:求得被测工件平移前后两幅相邻图像在X轴和Y轴的像素位移量值过程如下:设平移前被测工件图像为参考图像fjx，y)，平移后相邻的被测工件图像为目标图像f2(x，y)，首先在参考图像f^x, y)中选取参考子区域Atl为模板，被测工件平移后获得目标图像f2(x，y);然后以零均值归一化互相关准则为判据，计算参考图像4(1 y)与目标图像f2(x，y)各位置的相似度量C，根据相似度量C的值在目标图像&(1，y)中搜索定位出与参考子区域Atl对应的目标子区域A1的位置；最后以参考图像4(1，y)中选取的参考子区域Atl与目标图像f2(x，y)中目标子区域A1为对象，基于数学图像相关运算计算出被测工件平移前后的两幅相邻图像的X和Y轴方向的整像素位移值U和V，再采用基于梯度的亚像素位移算法，求取亚像素位移值Δ X和Ay。
3.根据权利要求2所述的一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:选取参考子区域Atl时，挑选被测工件的被测表面具有明显特征的位置为参考子区域Atl，通常选取缺陷位置；或者借助具有顶尖的物品，以物品的顶尖为成像对象，对焦后则在图像上形成一个亮点，以此作为所述参考子区域
4.根据权利要求1所述的一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:求得被测工件在X轴和Y轴的实际物理尺寸位移量值过程如下:根据参考子区域Atl在参考图像f\(X，y)的位置P1的光栅尺读数，以及目标子区域A1在目标图像f2(x，y)的位置匕的光栅尺读数，计算出被测工件在X和Y轴方向实际物理尺寸的位移量值Lx和LY，并根据向量P1P2的方向，确定参考子区域Atl对应的目标子区域A1将位于目标图像f2(x，y)的哪个象限。
5.根据权利要求2和4所述的一种影像测量仪的自标定方法，其特征在于:影像测量仪的尺度因子α的计算公式为:
全文摘要
本发明公开了一种用于影像测量仪的自标定方法，其基于数学图像相关原理，以被测工件在二维平面内平移前后的两幅相邻图像为对象，计算像素位移量值，再结合采集图像时光栅尺的读数值，求得实际物理尺寸位移量值，最终根据两者的比值求得影像测量仪的尺度因子，实现影像测量仪的自标定。本发明无需借助专门定制的高精度标定板，具有操作简洁、高效的优点，可快速地随时标定影像测量仪，且节约了成本。
文档编号G01B11/00GK103234454SQ201310143160
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者卢荣胜, 夏瑞雪 申请人:合肥米克光电技术有限公司