影像測量儀之測量誤差分析

儀器誤差屬於系統誤差嗎

影像測量儀是近年來基於計算機視覺檢測技術發展起來的一種高效率的新型精密測量儀器，廣泛應用於機械製造、電子、汽車和航天航空等工業中。它可以用來進行零部件的尺寸、形狀及其相互位置的線上檢測，還可應用於劃線、定中心孔、光刻整合線路對準等。由於它的通用性強、測量範圍大、精度高、效能好、實時性強、能與柔性製造系統相連線，所以用處相當的廣泛。

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影像測量儀的組成

影像測量是將被測物件的影象當作檢測和傳遞資訊的測量方法，其目的是從影象中提取有用的訊號，而基於影象分析、識別來進行測量。影象是指對物體的發光以及反射光的視覺印象，因為計算機只能處理數字資訊，所以影象並不能直接由計算機進行處理，一幅影象在用計算機進行處理之前必須先轉化為數字形式，成為數字影象，即進行影象的數字化。因此，一個典型的影象測量系統主要由

光源、機臺、CCD攝像機、影象採集卡、運動控制系統、PC機

6個部分組成，如下圖所示。透過各個部分的組合來完成各種不同環境高精密影像檢測任務。

影像測量儀的測量過程如下圖所示。首先將待測工件放於工作臺上，啟動運動控制程式透過運動控制卡來控制X、Y、Z三軸的運動使得它們達到合適的位置，並使待測工件的影象能夠清晰的呈現到CCD中，CCD把獲得的光訊號轉變成為電訊號，然後透過影象採集卡把被測物體的影象採集到PC機裡。然後透過影象處理技術，空間幾何運算，運動控制以及對光柵資料的採集與運算來獲得被測物體的幾何尺寸和對要檢測物理量的檢測，最後透過測量軟體完成測量工作，得到所想要得到的引數，完成測量工作。

影像測量的過程

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測量誤差分析 :

影像測量儀的測量誤差是指影像測量儀本身所固有的誤差。造成儀器的誤差是多方面的，在儀器的設計、製造和使用的各個階段都可能產生誤差，分別稱為測量儀的

原理誤差

、

製造誤差

、

執行誤差

。

2.1 原理誤差

屬於影像測量儀的原理誤差的是：CCD攝像頭畸變產生的誤差、測量方法不同而產生的誤差。攝像機的製造和工藝等原因，入射光線在透過各個透鏡時的折射誤差和CD點陣位置誤差等，光學系統存在著非線性的幾何失真，使得目標像點與理論像點之間存在多種型別的幾何畸變：徑向畸變、偏心畸變、薄稜鏡畸變等，並且徑向畸變較大，切向畸變和薄稜鏡畸變較小，且影象中心區域畸變很小，邊緣畸變大。使用高質量鏡頭可以減少畸變誤差的影響，但在精密測量中需要考慮到畸變的影響 對測量結果進行修正。

測量方法不同而產生的誤差主要指不同影象處理技術帶來的識別、量化誤差。影象的邊緣是影象的基本特徵，是物體的輪廓或物體不同表面之間的交界在影象中的反映。邊緣輪廓是人類識別物體形狀的重要因素，也是影象處理中重要的處理物件。在影象處理的過程中需要進行邊緣提取，而數字影象處理技術中邊緣提取有很多不同的方法，選用不同的提取方法會對同一個被測件的邊緣位置產生不小的變化，因此會對最後的測量結果產生影響，如測量某一圓形工件的半徑和圓心的時候，當圓的輪廓發生變化時，它的半徑值和圓心位置就會相應的發生變化。由此可知，在影象處理的過程中影象處理演算法對儀器的測量精度有著十分重要的影響，是影像測量所關注的焦點問題。

2.2 製造誤差

屬於影像測量儀的製造誤差的是：導向機構產生的誤差、安裝誤差等。導向機構產生的誤差對影像測量儀來說主要是機構誤差中的直線運動定位誤差。影像測量儀是正交座標系測量儀器。正交座標系測量儀有3根相互垂直的軸線即X、Y、Z三軸，有3個運動部件沿這三根軸線運動，使CCD相對於被測工件作三維直線運動。選用高質量的運動導向機構可以減少此類誤差的影響。安裝誤差則主要在於攝像機與工作臺面之間的相對關係，如圖3所示。當測量平臺與CCD攝像機的鏡頭呈現出一定的角度H時，根據幾何學的知識可以得到誤差計算式如下：

D=L（1- cosH）

攝像機安裝誤差示意圖

如果影像測量儀的測量平臺水平效能以及CCD攝像機的安裝十分出色，它們之間的夾角都在範圍以內，此誤差非常小。

2.3 執行誤差

屬於影像測量儀執行誤差的是：測量環境和條件變化引起的誤差（如溫度變化、電壓波動、照明條件變化、機構磨損等），以及動態誤差。由於溫度的改變，使得影像測量儀的零部件尺寸、形狀、相互位置關係以及一些重要的特性引數發生變化，從而影響這臺儀器的精度。溫度的變化還可能引起電器引數的改變以及儀器特性的改變，引起溫度靈敏度漂移和溫度零點漂移。電壓及照明條件的變化會影響到影像測量儀的上，下光源燈的亮度，造成系統光照不均從而使得在採集影象邊緣留下陰影造成的影象邊緣提取誤差。磨損使影像測量儀的零件產生尺寸、形狀、位置誤差，配合間隙增加，降低此儀器的工作精度的穩定性。因此，測量執行條件的改善可以有效地減少此類誤差的影響。