影像測量儀誤差影響因素及校正對策研究

孫 正

深圳市計量質量檢測研究院 廣東 深圳 518000

影像測量儀器利用圖像傳感器收集到影像，然后傳送到計算機，再借助軟件實現測量的高新科技類測量儀器。此種儀器有一定優點，規避傳統測量儀器的光學部分的缺點，能實現批量件的測量。為此被廣泛應用在電子元器件、機械制造等加工行業的測量工作中?？墒?，這種儀器也會存在誤差問題，下面內容就誤差的影響因素進行了分析，并提出了簡單的校正對策。

1 影像測量儀的簡介

影像測量儀的主要構成，包含變倍鏡頭、精密三軸運動平臺、光源亮度控制器、變倍控制器、運動控制器、精密光柵尺、多分區光源、高清相機、計算機，還有相應的測量軟件，具體見圖一。

測量儀器的工作原理：將光源設定科學的角度，照射到樣品之上，這時光線能從樣品的表面，反射進入鏡頭內部，構成樣品表面的圖樣，之后圖樣會傳送進計算機內部，測量軟件可以智能化地提取出樣品的表面結構邊緣。之后三維平臺可以將鏡頭進行移動，轉換到樣品其他需要測量的角度，軟件可以提取邊緣結構，構成圖元。三維平臺的移動運行軌跡可以通過精密光柵尺進行標記，并反映給測量軟件，該軟件可以根據給出的操作軌跡，形成直線、圓、距離等有用尺寸，然后進行測量。

圖1 影像測量儀結構

2 影響影像測量儀器的因素

2.1 機械性影響因素 雖然測量儀器是高度精密性儀器，但是也有機械化構成部分，為此如果讓測量儀器處于長期的工作狀態，或者長時間待機狀態，儀器中機械構成部分，也就是內部敏感元件，都會受到電壓變化、光源、溫度、工作環境的影響，準確性降低，就會在測量時出現誤差的問題。例如，給測量儀器測量精度降低、垂直度不準等問題，都會影響最終測量結果，進而出現誤差。為此，測量工作人員必須要對于測量儀器的精度進行校驗，如果校驗過程中發現的問題比較嚴重，則要送到維修部門進行維修，精度恢復后才能再次使用。

2.2 補償文件是否正確 為保證影像測量儀器有著高精度，需要補償文件作為輔助，該文件一般運用到雙頻激光干涉儀器對測量機器位置度、角度、直角度的誤差相應數據進行采集，而后測量軟件在給出測量結果前，參考補償文件，以進行誤差補償?？墒?，在實踐過程中，只有少部分工作人員重視補償文件的應用，也就出現補償文件的缺少問題，從而影響到后期測量準確度。對于補償文件不正確或者缺少而出現的測量誤差，想要避免則應當強化測量人員的標準性操作的規定與培訓，加強測量人員對于補償文件的應用，保證能合理地安裝、運用、備份測量的補償文件，以避免測量誤差問題。

2.3 溫度變化的影響 此測量儀器是高精度儀器，為此對于工作環境有著高度要求，尤其是環境中的溫度。同一個需要測量的樣品，如果在不同溫度的環境中，測量的結果存在差異。所以，一些工作環境的溫差大的地區，像晝夜溫差和四季溫差較大的地方，一定要注意因為溫度變化而產生的測量誤差。普通環境中溫度變化并不能精準控制，而想要實現恒溫測量也不是非常容易。為此，測量儀器的制造廠家想出解決辦法，設定溫度修訂系數，如果測量環境的溫度有變化，則可以運用該系統對測量儀器的溫度進行修正，避免因為量塊溫度、光柵溫度的差異，而形成測量誤差。

2.4 不可忽視的光源 應用影像測量儀器進行測量的時候，存在一個不能忽視的影響因素，那就是光源，其可能引發測量誤差問題。如果光源過于亮，則亮區則會朝著暗區溢出，也就使得在尋找邊界的時候，邊界朝著暗區偏移。例如，一次實驗選擇一個玻璃標準塊中某一圓斑進行測量，如果光源的強度值逐漸升高，則影像會從暗過渡到亮，然后過渡到飽和。如果光源的強度值低于26的時候，影像的亮度則會不充分；如果處于26的時候，亮區近似飽和；當光源強度值超出30的時候，亮區則過度飽和，影像的亮白區域中光子已經溢到了暗區，也就導致尋邊線朝著暗區移動。因此可得，光源強度值逐漸升高，圓斑的直徑測量數值則會越小。光源的亮度數值達到26的時候，測量的結果與圓斑標準值最為接近。從這個實驗中可以看出，測量過程中，亮區近似飽和的時候，測量值最為接近真實值，因此此時光源才是最佳測量的光源值。這只是針對一種影像測量儀器進行的實驗，所以只能說明，光源會影響到測量準確性，但是最佳測量的光源值，還需要根據不同測量儀器進行確定。

2.5 理論性原理誤差 影像類測量儀器實際應用過程中，存在小的誤差不可避免，這部分誤差可以稱為理論性原理誤差。如果處于特殊條件下，這種誤差影響因素不多，因此可以避免，所以出現機率比較小。運用影像測量儀器工作的過程中，選取的測量方法不同，可能會出現不同的測量結果。這種誤差出現的影響因素主要分成兩個方面，一方面則是此測量儀器中鏡頭質量的問題，比如透鏡材質對光線投入產生影響，也就是說鏡頭質量低，折射誤差存在可能大，因為光學系統原因，出現了非線性的幾何失真，收集到的圖像呈現為幾何的形變，影響測量的精準度。另一方面則是測量方法的選用，所用圖像處理算法以及邊緣處理技術不同，則可能對測量結果造成影響。所以，想要避免理論性原理誤差出現，就要選擇高質量材質鏡頭的測量儀器，同時經常清理測量儀器，保持干凈整潔，沒有灰塵，如果在復雜環境里面工作，也要盡量不讓灰塵影響鏡頭準確度，如果不可避免，則要對測量結果進行修正。對于測量中計算方法的選擇，則要運用更優的圖像處理技術，保證圖像接近真實。

3 測量誤差的校正策略

3.1 線性校正 對于影像測量儀器的校正，可采用線性校正方法，具體則是標準圓校正的方式：提取了樣品輪廓邊界之后，同標準圓做對比，得出圓內徑，而后分析并搜索測量樣品輪廓邊界的領域內亞像素梯度，以得到精準的邊界數據以及圓心坐標。依據收集的數據，融合邊界和圓心的坐標數據，整理出系數矩陣，精確標定出圖像，也就進行了線性校正，可有效避免測量誤差。這種方式應用的比較普遍，測量過程中，可針對樣品做多次校正與檢測，與數據處理方法相結合，得出重復精度。此方法會受到鏡頭畸變影響，所以應用有局限性，很難校正桶形失真的問題。

3.2 非線性校正 此種校正方法一般對于非線性畸變因素產生的影響有校正作用。比如，測量工作中，出現了幾何性的畸變，則以多項式變換的此類校正方法進行校正。先要分析影像范圍內的任何一點畸變誤差原因，計算出圖像坐標，然后用在算法中，運用最小平方誤差法、矩陣運算，得出校正的系數，運用此系數進行非線性校正，對影像圖像進行校正。

結束語

綜上所述，影像測量儀器處于變化著的環境時，可能會影響儀器中機械構成元件的精度，為此出現測量誤差問題；同時誤差因素的產生，還可能受到測量方法、校正方法的影響。這就必須要強化儀器的維護工作，同時運用正確的校正策略，典型則是線性校正和非線性校正結合應用，從而提高測量的準確度，盡最大努力避免誤差。