專利名稱：一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法，屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當光通過光學(xué)介質(zhì)時，有多種效應(yīng)使光線偏離原來應(yīng)有的傳播軌跡。因此當人們透過產(chǎn)生上述現(xiàn)象的光學(xué)介質(zhì)去觀察物體時，會感覺到被觀察物體圖像發(fā)生了變化。描述影響光線傳播的參數(shù)包括光學(xué)角偏差、光線的平移、光畸變、清晰度、光透射比和色度等。光學(xué)角偏差是描述光線通過透明材料后所引起的光線傳播方向變化的物理量，是評價透明材料的重要光學(xué)參數(shù)之一。對于汽車、飛機等交通工具來說，駕駛艙擋風玻璃是駕駛員觀察外部環(huán)境的中介物，其光學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響駕駛員對外部環(huán)境的判斷。如果透光玻璃的光學(xué)角偏差過大，景物變形嚴重，容易導(dǎo)致駕駛員駕駛疲勞和定位錯誤，嚴重的還會導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。因此，精確測定透光玻璃的光學(xué)角偏差對透光玻璃的質(zhì)量檢驗和制造顯得極其重要。檢索我國國家標準《汽車安全玻璃試驗方法》(GB/T5137. 2-2002)、國家軍用標準 《飛機夾層玻璃通用試驗方法》(國軍標GJB50388)，發(fā)現(xiàn)通常使用的角偏差檢測方法包括 投影測量法、準直望遠鏡測量法等。投影測量法是用投影儀將一組刻線投影到屏幕上，通過對比安裝透鏡前后刻線位置變化得到角偏差，此方法只能達到分級的精度；準直望遠鏡測量法，是由準直鏡出射一束平行光，經(jīng)透光玻璃后進入一個望遠鏡系統(tǒng)，通過讀取望遠鏡刻度板的值得到光束的角偏差，此方法可以達到秒級的精度。但是這些方法都屬于單點測量方法，存在測試數(shù)據(jù)費時費力、測量精度和效率較低的缺點。本專利申請是基于圖像處理技術(shù)提出了一種全視場檢測角偏差的方法。通過兩次拍照獲得數(shù)碼相片，然后使用該方法，即可獲得透光玻璃全視場范圍內(nèi)的光學(xué)畸變角偏差分布情況和數(shù)值大小，具有全視區(qū)測量、 自動化程度高、檢測精度高等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)單塊玻璃檢測時間小于15分鐘。

發(fā)明內(nèi)容
(1)目的本發(fā)明的目的在于提供一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法，它是一種具有全視場、高精度、自動化、高效率的透光玻璃光學(xué)角偏差檢測方法。(2)技術(shù)方案本發(fā)明一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法，其流程框圖見圖2所示，該方法具體步驟如下步驟一獲取基準圖像和畸變圖像。圖像采集部分如

圖1所示。使用數(shù)碼單反相機B，在特定位置上采用固定拍攝參數(shù)分別直接和透過待測試透光玻璃D拍攝標準測試圖 G，得到數(shù)字化形式的基準圖像1 (圖幻和畸變圖像3(圖幻，基準圖像1和畸變圖像3的數(shù)學(xué)表達為I (x, y)和J(χ，y)，其中χ，y分別是數(shù)碼相機CCD芯片上的水平和垂直坐標，I (χ, y)和J(x，y)為二維灰度矩陣，每個點的值代表圖像的灰度(灰度越大顏色越深，灰度越小顏色越淺)，該矩陣的大小與相機的分辨率相同。使用二維坐標(Xi，yP表示CCD平面上的任意像素單元。步驟一的實施條件是1)選取適用的高分辨率數(shù)碼單反相機及配套鏡頭；幻兩次拍照時數(shù)碼單反相機和標準測試圖的空間位置關(guān)系不發(fā)生改變；3)兩次拍照時的環(huán)境光照條件不發(fā)生改變，選擇明亮光線充足的光照環(huán)境。步驟二 對標準網(wǎng)格圖進行放大率標定。數(shù)碼相機拍攝的照片以像素為長度單位， 而實際玻璃的尺寸以厘米、米等為長度單位(本專利申請以厘米為單位)。為了從照片上準確量度出玻璃表面的位置信息，需要獲得從照片像素到物理長度的映射函數(shù)。本專利申請使用雙線性映射函數(shù)，其數(shù)學(xué)形式為Xreal = ajpix+bjpix+CiYreai = a2xpix+b2ypix+c2(a)其中，(Xpix，ypix)是數(shù)碼相片上任意二維空間點的像素坐標，以像素為單位；(xMal， yreal)是該點映射到玻璃表面的實際物理坐標，以厘米為單位^pbpcdnii2 132、4是待求的映射系數(shù)(或稱標定系數(shù))。為了獲得相機的標定系數(shù)，需要在完成步驟一后將標準網(wǎng)格圖 H放置在與標準測試圖像G相同的位置(即圖1中的標準測試圖和標準網(wǎng)格圖的安放區(qū)域 F)。在數(shù)碼單反相機B、測試圖像支架E相對位置不變的前提下，移除待測透光玻璃D，拍攝一張標準網(wǎng)格圖H的照片。標準網(wǎng)格圖H上各網(wǎng)格線的空間位置(xMal，yreal)和對應(yīng)像素點坐標Upix，ypix)精確可知，因此使用基于最小二乘的雙線性擬合算法計算得到標定系數(shù)。步驟二的實施條件是保證步驟一的實施條件不變，用標準網(wǎng)格圖像(H)取代標準測試圖(G)。步驟三運用光學(xué)流動法計算從基準圖像到畸變圖像的變形場。計算流程如圖2 所示。透光玻璃存在光學(xué)畸變場真值2，該變形場為矢量場，可分解為水平分量u (x，y)(以像素為單位)和垂直分量ν (X，y)(以像素為單位)，畸變圖像3正是基準圖像1疊加上該光學(xué)畸變場真值2的結(jié)果，疊加公式為J (Xi, Yj) = I (Xi+u (Xi, Yj), Yj+v (Xi, y」))。對于待測試玻璃而言，該光學(xué)畸變場真值2未知，因此使用金字塔迭代式光學(xué)流動法(已另申請專利)計算從基準圖像1到畸變圖像3的變形場u' (x, y)(以像素為單位)和V (x, y)(以像素為單位)。給定光流層數(shù)、迭代次數(shù)、窗格形狀、誤差容限等計算參數(shù)，得到該光學(xué)畸變場計算值4。該光學(xué)畸變場計算值4是光學(xué)畸變場真值2的有效近似。計算流程如圖2所示。步驟三的實施條件是1)標準測試圖(G)包含豐富的灰度級明暗細節(jié)變化；2)根據(jù)實際變形場的特征調(diào)整金字塔迭代式光學(xué)流動法的計算參數(shù)。步驟四通過變形場計算光學(xué)角偏差。在步驟二中已得到畸變圖像3的有效近似變形場u' (x，y)(以像素為單位)和ν' (17)(以像素為單位)，通過步驟二標定的放大率系數(shù)將其轉(zhuǎn)換成到真實的物理空間為(x，y)(本專利申請以厘米為單位)，Vrea/ U， y)(本專利申請以厘米為單位)。根據(jù)公式
權(quán)利要求
1. 一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一獲取基準圖像和畸變圖像；使用數(shù)碼單反相機(B)，在特定位置上采用固定拍攝參數(shù)分別直接和透過待測試透光玻璃(D)拍攝標準測試圖(G)，得到數(shù)字化形式的基準圖像(1)和畸變圖像(3)，基準圖像(1)和畸變圖像(3)的數(shù)學(xué)表達為I(x，y)和J(x，y)， 其中X，y分別是數(shù)碼相機CXD芯片上的水平和垂直坐標，I (x, y)和J(x，y)為二維灰度矩陣，每個點的值代表圖像的灰度，灰度越大顏色越深，灰度越小顏色越淺，該矩陣的大小與相機的分辨率相同；使用二維坐標(Xi，Yi)表示CXD平面上的任意像素單元；步驟二 對標準網(wǎng)格圖進行放大率標定；數(shù)碼相機拍攝的照片以像素為長度單位，而實際玻璃的尺寸以厘米、米為長度單位；為了從照片上準確量度出玻璃表面的位置信息，需要獲得從照片像素到物理長度的映射函數(shù)，這里使用雙線性映射函數(shù)，其數(shù)學(xué)形式為Xreal — aiXpix+b1ypis+C1Yreal = Β2Χρ χ^2Υρ χ+02(a)其中，0w，yPix)是數(shù)碼相片上任意二維空間點的像素坐標，以像素為單位；(、al， yreal)是該點映射到玻璃表面的實際物理坐標，以厘米為單位^pbpcdnii2 132、4是待求的映射系數(shù)即標定系數(shù)；為了獲得相機的標定系數(shù)，需要在完成步驟一后將標準網(wǎng)格圖(H) 放置在與標準測試圖像(G)相同的位置(F)處；在數(shù)碼單反相機(B)、測試圖像支架(E)相對位置不變的前提下，移除待測透光玻璃(D)，拍攝一張標準網(wǎng)格圖(H)的照片；標準網(wǎng)格圖(H)上各網(wǎng)格線的空間位置Ural，yreal)和對應(yīng)像素點坐標Upix，ypix)精確可知，因此使用基于最小二乘的雙線性擬合算法計算得到標定系數(shù)；步驟三運用光學(xué)流動法計算從基準圖像到畸變圖像的變形場；透光玻璃存在光學(xué)畸變場真值O)，該變形場為矢量場，可分解為水平分量u (x，y)和垂直分量ν (x，y)，畸變圖像 (3)正是基準圖像(1)疊加上該光學(xué)畸變場真值O)的結(jié)果，疊加公式為J (Xi，Yj) = I (Xi+u (Xi, Yj), Yj+v (Xi, Yj))對于待測試玻璃而言，該光學(xué)畸變場真值( 未知，因此使用金字塔迭代式光學(xué)流動法計算從基準圖像⑴到畸變圖像⑶的變形場u' (x, y)和ν' (x, y)；給定光流層數(shù)、 迭代次數(shù)、窗格形狀、誤差容限計算參數(shù)，得到該光學(xué)畸變場計算值；該光學(xué)畸變場計算值(4)是光學(xué)畸變場真值O)的有效近似；步驟四通過變形場計算光學(xué)角偏差；在步驟二中已得到畸變圖像(3)的有效近似變形場u' (x，y)和ν' (x，y)，通過步驟二標定的放大率系數(shù)將其轉(zhuǎn)換成到真實的物理空間為uMal' (x，y)，、al' (x，y)，單位為厘米，根據(jù)公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法，其特征在于步驟一的實施條件是1)選取適用的高分辨率數(shù)碼單反相機及配套鏡頭；2)兩次拍照時數(shù)碼單反相機和標準測試圖的空間位置關(guān)系不發(fā)生改變；3)兩次拍照時的環(huán)境光照條件不發(fā)生改變，選擇明亮光線充足的光照環(huán)境。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法，其特征在于步驟二的實施條件是保證步驟一的實施條件不變，用標準網(wǎng)格圖像(H)取代標準測試圖(G)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法，其特征在于步驟三的實施條件是1)標準測試圖(G)包含豐富的灰度級明暗細節(jié)變化；2)根據(jù)實際變形場的特征調(diào)整金字塔迭代式光學(xué)流動法的計算參數(shù)。
全文摘要
一種透光玻璃光學(xué)角偏差的檢測方法，它有五大步驟步驟一獲取基準圖像和畸變圖像；步驟二對標準網(wǎng)格圖進行放大率標定；步驟三運用光學(xué)流動法計算從基準圖像到畸變圖像的變形場；步驟四通過變形場計算光學(xué)角偏差；步驟五對光學(xué)角偏差進行統(tǒng)計分析。本發(fā)明基于數(shù)字圖像處理技術(shù)，結(jié)合光學(xué)流動法，可以獲得透光玻璃全視場范圍內(nèi)的光學(xué)畸變角偏差分布情況和數(shù)值大小，具有全視區(qū)測量、自動化程度高、檢測精度高等優(yōu)點，它在自動檢測技術(shù)領(lǐng)域里具有較好的實用價值和廣闊地應(yīng)用前景。
文檔編號G01N21/17GK102507446SQ20111032491
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者潘翀, 王晉軍, 王洪平 申請人:北京航空航天大學(xué)