影像测量仪误差影响因素及校正对策研究

孙 正

深圳市计量质量检测研究院 广东 深圳 518000

影像测量仪器利用图像传感器收集到影像，然后传送到计算机，再借助软件实现测量的高新科技类测量仪器。此种仪器有一定优点，规避传统测量仪器的光学部分的缺点，能实现批量件的测量。为此被广泛应用在电子元器件、机械制造等加工行业的测量工作中。可是，这种仪器也会存在误差问题，下面内容就误差的影响因素进行了分析，并提出了简单的校正对策。

1 影像测量仪的简介

影像测量仪的主要构成，包含变倍镜头、精密三轴运动平台、光源亮度控制器、变倍控制器、运动控制器、精密光栅尺、多分区光源、高清相机、计算机，还有相应的测量软件，具体见图一。

测量仪器的工作原理：将光源设定科学的角度，照射到样品之上，这时光线能从样品的表面，反射进入镜头内部，构成样品表面的图样，之后图样会传送进计算机内部，测量软件可以智能化地提取出样品的表面结构边缘。之后三维平台可以将镜头进行移动，转换到样品其他需要测量的角度，软件可以提取边缘结构，构成图元。三维平台的移动运行轨迹可以通过精密光栅尺进行标记，并反映给测量软件，该软件可以根据给出的操作轨迹，形成直线、圆、距离等有用尺寸，然后进行测量。

图1 影像测量仪结构

2 影响影像测量仪器的因素

2.1 机械性影响因素 虽然测量仪器是高度精密性仪器，但是也有机械化构成部分，为此如果让测量仪器处于长期的工作状态，或者长时间待机状态，仪器中机械构成部分，也就是内部敏感元件，都会受到电压变化、光源、温度、工作环境的影响，准确性降低，就会在测量时出现误差的问题。例如，给测量仪器测量精度降低、垂直度不准等问题，都会影响最终测量结果，进而出现误差。为此，测量工作人员必须要对于测量仪器的精度进行校验，如果校验过程中发现的问题比较严重，则要送到维修部门进行维修，精度恢复后才能再次使用。

2.2 补偿文件是否正确 为保证影像测量仪器有着高精度，需要补偿文件作为辅助，该文件一般运用到双频激光干涉仪器对测量机器位置度、角度、直角度的误差相应数据进行采集，而后测量软件在给出测量结果前，参考补偿文件，以进行误差补偿。可是，在实践过程中，只有少部分工作人员重视补偿文件的应用，也就出现补偿文件的缺少问题，从而影响到后期测量准确度。对于补偿文件不正确或者缺少而出现的测量误差，想要避免则应当强化测量人员的标准性操作的规定与培训，加强测量人员对于补偿文件的应用，保证能合理地安装、运用、备份测量的补偿文件，以避免测量误差问题。

2.3 温度变化的影响 此测量仪器是高精度仪器，为此对于工作环境有着高度要求，尤其是环境中的温度。同一个需要测量的样品，如果在不同温度的环境中，测量的结果存在差异。所以，一些工作环境的温差大的地区，像昼夜温差和四季温差较大的地方，一定要注意因为温度变化而产生的测量误差。普通环境中温度变化并不能精准控制，而想要实现恒温测量也不是非常容易。为此，测量仪器的制造厂家想出解决办法，设定温度修订系数，如果测量环境的温度有变化，则可以运用该系统对测量仪器的温度进行修正，避免因为量块温度、光栅温度的差异，而形成测量误差。

2.4 不可忽视的光源 应用影像测量仪器进行测量的时候，存在一个不能忽视的影响因素，那就是光源，其可能引发测量误差问题。如果光源过于亮，则亮区则会朝着暗区溢出，也就使得在寻找边界的时候，边界朝着暗区偏移。例如，一次实验选择一个玻璃标准块中某一圆斑进行测量，如果光源的强度值逐渐升高，则影像会从暗过渡到亮，然后过渡到饱和。如果光源的强度值低于26的时候，影像的亮度则会不充分；如果处于26的时候，亮区近似饱和；当光源强度值超出30的时候，亮区则过度饱和，影像的亮白区域中光子已经溢到了暗区，也就导致寻边线朝着暗区移动。因此可得，光源强度值逐渐升高，圆斑的直径测量数值则会越小。光源的亮度数值达到26的时候，测量的结果与圆斑标准值最为接近。从这个实验中可以看出，测量过程中，亮区近似饱和的时候，测量值最为接近真实值，因此此时光源才是最佳测量的光源值。这只是针对一种影像测量仪器进行的实验，所以只能说明，光源会影响到测量准确性，但是最佳测量的光源值，还需要根据不同测量仪器进行确定。

2.5 理论性原理误差 影像类测量仪器实际应用过程中，存在小的误差不可避免，这部分误差可以称为理论性原理误差。如果处于特殊条件下，这种误差影响因素不多，因此可以避免，所以出现机率比较小。运用影像测量仪器工作的过程中，选取的测量方法不同，可能会出现不同的测量结果。这种误差出现的影响因素主要分成两个方面，一方面则是此测量仪器中镜头质量的问题，比如透镜材质对光线投入产生影响，也就是说镜头质量低，折射误差存在可能大，因为光学系统原因，出现了非线性的几何失真，收集到的图像呈现为几何的形变，影响测量的精准度。另一方面则是测量方法的选用，所用图像处理算法以及边缘处理技术不同，则可能对测量结果造成影响。所以，想要避免理论性原理误差出现，就要选择高质量材质镜头的测量仪器，同时经常清理测量仪器，保持干净整洁，没有灰尘，如果在复杂环境里面工作，也要尽量不让灰尘影响镜头准确度，如果不可避免，则要对测量结果进行修正。对于测量中计算方法的选择，则要运用更优的图像处理技术，保证图像接近真实。

3 测量误差的校正策略

3.1 线性校正 对于影像测量仪器的校正，可采用线性校正方法，具体则是标准圆校正的方式：提取了样品轮廓边界之后，同标准圆做对比，得出圆内径，而后分析并搜索测量样品轮廓边界的领域内亚像素梯度，以得到精准的边界数据以及圆心坐标。依据收集的数据，融合边界和圆心的坐标数据，整理出系数矩阵，精确标定出图像，也就进行了线性校正，可有效避免测量误差。这种方式应用的比较普遍，测量过程中，可针对样品做多次校正与检测，与数据处理方法相结合，得出重复精度。此方法会受到镜头畸变影响，所以应用有局限性，很难校正桶形失真的问题。

3.2 非线性校正 此种校正方法一般对于非线性畸变因素产生的影响有校正作用。比如，测量工作中，出现了几何性的畸变，则以多项式变换的此类校正方法进行校正。先要分析影像范围内的任何一点畸变误差原因，计算出图像坐标，然后用在算法中，运用最小平方误差法、矩阵运算，得出校正的系数，运用此系数进行非线性校正，对影像图像进行校正。

结束语

综上所述，影像测量仪器处于变化着的环境时，可能会影响仪器中机械构成元件的精度，为此出现测量误差问题；同时误差因素的产生，还可能受到测量方法、校正方法的影响。这就必须要强化仪器的维护工作，同时运用正确的校正策略，典型则是线性校正和非线性校正结合应用，从而提高测量的准确度，尽最大努力避免误差。