二次元影像测量仪的光学成像误差分析

 任何精密仪器都会有误差，尽量减小误差，是我们需要做的。二次元影像测量仪是近年来基于计算机视觉检测技术发展起来的一种率的新型精密测量仪器，应用于机械制造、电子、汽车和航天航空等工业中。它可以用来进行零部件的尺寸、形状及其相互位置的在线检测外，还可应用于划线、定中心孔、光刻、集成线路板对准等。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、性能好、实时性强、能与柔性制造系统相连接，所以应用广泛。影像测量是将被测对象的图像当作检测和传递信息的测量方法，其目的是从图像中提取有用的信号，而基于图像分析、识别来进行测量。图像是指对物体的发光以及反射光的视觉印象。因为计算机只能处理数字信息，所以图像并不能直接由计算机进行处理，一幅图像在用计算机进行处理之前必须先转化为数字形式，成为数字图像。因此，一个典型的图像测量系统主要由以下几个部分组成:光源、机台、CCD摄像机、图像采集卡、运动控制系统等，通过各个部分的组合来完成各种不同环境高精密影像检测任务。在利用CCD摄像机进行实时影像测量时，摄像机采集图像时所产生的误差已经成为测量系统中的主要误差，它直接制约、影响着系统的测量精度。因此必须对摄像机所产生的误差进行分析与检校，以便对系统的精度进行评价。

    误差分析
摄像机所产生的误差主要由它的光学成像镜头， CCD器件本身的成像质量、以及图像采集装置(含图像采集卡等)共同产生，一般分为光学误差、机械误差、电学误差等。其中电学误差有CCD器件所固有;机械误差则产生于测量仪制造和装配过程中，通过提高制造装配质量可以有效地减小该项误差。光学误差主要存在于成像光路和器件所带来的失真或畸变。由于摄像机的制造和工艺等原因，如入射光线在通过各个透镜时的折射误差和CCD点阵位置误差等，光学系统存在着非线性的几何失真，使得目标像点与理论像点之间存在多种类型的几何畸变。
1)径向畸变:径向畸变主要是由于CCD镜头形状存在的缺陷引起的，是关于摄像机镜头的主光轴对称。
2)偏心畸变:偏心畸变主要是由光学系统光心与几何中心不一致造成的，即各透镜的光轴中心不能严格共线。
3)薄棱镜畸变:薄棱镜畸变是由于镜头设计、制造缺陷和加工安装的误差造成的，这类畸变相当于在光学系统中附加了一个薄棱镜，不仅会引起径向偏差，而且引起切向偏差。