完整成像测量方法中拼接技术的分析

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1、天津大学硕十学俯论文第一章绪论1．1概述第一章绪论本文是天津市应用基础研究计划面上项目“微型零件完整成像法测量技术研究”的子课题。近十年来，不同领域对微小型零件的需求日益增长，例如，计算机、通讯、汽车、医疗、环境工程、航空航天、家用电器等领域，如图1．1所示。图1．1各种微型零件而在微型零件(如手表零件)测量领域，一直以来主要的测量仪器为卡尺、投影仪及万工显等，其方法为手工操作，不仅麻烦、速度慢，而且精度还受工人的经验影响，因而利用视觉测量方法替代手工测量成为热点，国内外推出了很多的影像测量仪器。如日本Nikon公司的Nexiv系列产品，三丰公司的QuickScope系列产品，瑞士Marcel

2、AubertSA公司的影像测量系统，美国光学量具产品公司的SmartScope序列以及MICRO—VU的Vertex序列等，我国贵阳新天光电科技有限公司，万濠精密仪器有限公司也有相应产品问世。这些产品可分为2类：1)观察型用于生物、医学、金相等方面，这种类型的产品仅对被放大后的观察对象做定性分析，此时主要需要的是高放大倍率，精度不是十分重要。2)替代瞄准型目静，大多数厂家为制造业推出的产品属此类型。我们使用传统测量显微镜时，需要先通过分划板上的瞄准图案对准被测对象的第一测量点，记录下此时的坐标信息：然后移动被测对象或镜头瞄准下一测量点，再次记录坐标信息。通过求两次坐标差可获得两测量点问的距离。

3、此时，测量精度主要取决于位移坐标记录精度和瞄准精度，这种方法的不足之处在于：瞄准过程要由人工束操作，因此无法保证瞄准精度，并且人工胳准和记录都比较费时。这种类型的产品采用的另天津大学硕十学位论文第一章绪论外一种测量方法是影像法：只要目标出现在视场内，就可以通过计算机图像处理，自动完成瞄准工作，然后再记录观测点与测量头坐标系中心的相对坐标差，最后利用机械位移量和相对坐标差之问的关系，计算出两点问的距离。当测量点为虚点时，如圆心，影像法更具优势。与传统测量方法相比，影像法简化了测量操作，提高了工作效率，并且可以获得较高的精度。同本Nikon公司的Nexiv系列产品，万濠精密仪器有限公司的VMS．1

4、510A、VMS．2515A影像测量仪，MarcelAubertSA公司的影像测量系统都采用了影像法，如图1．2所示。图1．2各种影像测管仪器上述的替代瞄准型产品在测量过程中必须要有瞄准操作，这种瞄准式测量方法，仅能完成点对点测量。当测量点较多时，瞄准头和工件将多次相对运动，且运动无规律可言。另外，目前采用点到点测量方法的仪器均需精确位移机构，致使仪器成本大为提高，检测效率大为降低。基于上述情况，我们提出在取得被测对象的完整图像的基础上，完全凭借对图像的处理完成工件的各种检测任务的方法，这就是完整成像法的思想。但是，在常规尺度范围内，这个目标很难有实现。这是因为：1)具有配合关系的零件通常要求

5、测量不确定度小于O．01-4)．001rmn，而具有足够分辨力的物镜视场通常很小；2)鉴于当前CCD器件的制造水平和经济代价，CCD器件像素级相对测量精度仅在10-3数量级，难以一次获取大的图像。因而，除在极小范围内，我们还不能很好地得到被测零件的完整图像，彻底的影像测量也就无从谈起。完整成像法的主要障碍是基于现有成像方法，满足精度要求的测量视场太小。本文提出的解决方法是化整为零，再集零为整。首先，获得足够精度的局部图像，然后利用相应精度的图像拼接技术生成被测目标的完整图像。可以看出，图像拼接在完整成像这种思想中将会得到很大地应用。微型零件是完整成像法测量最具优势的对象，通过较少次数拼接就可以

6、获得完整的图像。与显微镜相比，它可以实现轮廓测量；与投影仪相比，可以减少模板误差，因为此时实物模板被数字化理想模板取代。天津中鸥表业有限公司质检部门认为，基于完整成像法的仪器将给微型精密零件检测技术带来革命化的变化。实现自动化、智能化检测，消除人为因素影响，是企业迫切需要的技术手段，这将导致质量评价体系更加科学，更加公正，更可信赖。犬津大学硕十学位论文第一章绪论为此，我们提出本课题：高精度完整成像法测量技术研究。作为完整成像测量研究的初步，选择微型零件入手，采用亚像素技术，通过直接溯源、自校准图像拼接，在单元成像和图像拼接两方面取得精度上的突破，把影像法提升到对测量对象的完整成像，实现整个测量

7、自动化。试想，仅是用完整成像影像测量仪取代今天的光学投影仪和测量显微镜，就将面对多么大的市场。随着器件的进步与技术的完善，它的测量范围不只是显微镜、投影仪的概念，完整成像测量方法的应用领域将同益宽广。项目的主要研究内容有以下四个部分：1)光学成像系统一次成像范围与精度是整个系统的基础。在保证精度Iii『提下，追求视场最大化是重点研究内容。2)高精度图像提取光学像差矫正：光学系统不可避免存在残余像差