CCD立靶中镜头畸变误差分析

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大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正

第29卷第3期2003年5月光学技术OP T ICA L T ECHN IQ U EV ol.29No.3M ay2003文章编号:1002-1582(2003)03-0377-03大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正X行麦玲,刘贱平,林家明,沙定国,苏大图(北京理工大学信息工程学院,北京100081)摘要:从光学测量角度出发,结合计算机视觉中的摄像机标定方法,解决了大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正问题。

与摄像机标定不同,畸变校正中仅标定内部参数,外部参数作为已知条件。

采用线性畸变模型,由最小二乘法解线性方程组得到摄像系统畸变模型的畸变系数。

介绍了数字图像中像素间距和光学中心的标定方法。

通过比较由标定参数得到的畸变图像和摄像机采集的畸变图像对实验标定精度进行评定,实验结果表明边缘视场(112b)的标定精度达到了0175%。

关键词:大视场;畸变;CCD镜头;参数标定中图分类号:O439文献标识码:ADistortion measurement of CCD camera witha large-field,short focal length lensXIN G Ma-i lin g,LIU Jian-ping,LIN Jia-min g,SH A Ding-guo,SU Da-tu(Dept.of I nformation Engineer ing,Beijing Institute of T echnology,Beijing100081,China) Abstract:Accor ding to the pr inciple of optical measurement,a simple and effectiv e met hod to measure the distortion of CCD camera with a larg e-field,short focal lengt h lens is presented.Different to camera calibr ation only intr insic par ameters were calibrated and extr insic ones w er e provided.Linear distor tion model w as used and the distor tion coefficients w er e obtained by r esolving o ver deter mined linear equations and least square method.T he method fo r g etting one-pixel width and o ptical center is introduced.T he measurement accuracy was estimated by compar ing the distortion image computed by calibration parameters with the distor tion imag e captur ed by a larg e-field,short focal length lens camera.T he r esult shows t he calibration accuracy is within0.75%at112b field.Key words:large field;distortion;CCD lens;calibration1引言带有大视场短焦距镜头的CCD摄像系统有很多重要用途,如电视制导系统、医用电子内窥镜和银行、超市用电视监视系统等。

基于线阵CCD的尺寸测量研究及误差分析

基于线阵CCD 的尺寸测量研究及误差分析余　震(安徽建筑工业学院数理系,合肥230022)　文　艺(武汉重工铸锻有限责任公司质管处,武汉430084)摘　要　通过分析基于线阵CCD 器件的一维尺寸测量原理,系统讨论了基于CCD 器件各种一维尺寸的测量方案,同时分析了各种测量方案所产生的测量误差的计算方法。

关键词　线阵CCD 尺寸测量　误差分析一、前言基于CCD 的尺寸测量一般采用非接触测量方式,由于CCD 器件[1]有精度高、动态性能好、便于同计算机组成高性能测控系统等特点,被广泛的应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域。

采用CCD 器件进行尺寸测量时,随着被测尺寸大小的不同,所采用的检测方案及相应产生的测量误差也不同,本文就采用CCD 器件进行一维尺寸测量的测量原理、所采用的测量方案及相应的测量误差进行分析,并给出具体计算公式。

二、基于CCD 器件的尺寸测量原理基于CCD 器件的尺寸测量[1,2]采用的是光成像法,其测量原理如图1所示:该系统包括光源,CCD 传感器、CCD 视频信号处理模块、单片机控制与被测工件尺寸显示模块等。

图1其工作原理为:光照射在被测工件上,将被测工件成像于CCD 器件光敏面上,CCD 器件被光照射部位将产生光生电荷,通过后置电路对光生电荷进行采集,将采集的CCD 信号输出到模拟信号处理模块;模拟信号处理模块对信号进行滤波、箝位、二值化等处理后得到反映被测工件尺寸大小的数字信号;经计算机对数字信号进行前后边沿提取,把数字信号转化为反映尺寸大小的脉冲计数值,并通过软件处理后,进行被测尺寸显示,从而完成对被测工件尺寸的测量。

三、测量方案及误差分析采用CCD 器件进行尺寸测量时,随着被测尺寸大小的不同,测量方案也有所有不同,相应的,对测量误差分析也不一样。

本文将被测尺寸大小(L ,单位:mm )按照CCD 器件芯片感光面长度(b ,单位:mm )进行分类:(1)微小尺寸测量:L ≤1mm ;(2)一般尺寸测量:1mm <L ≤b ;(3)较大尺寸测量:b <L <2b ;(4)大尺寸测量:2b <L 。

一种单目视觉位姿测量系统的误差分析方法

一种单目视觉位姿测量系统的误差分析方法郝仁杰;王中宇;李亚茹【摘要】针对单目视觉位姿测量传统误差分析方法中只考虑单一误差因素,分析结果与工程实际有较大差异的问题,提出一种考虑多误差因素共同作用的误差分析方法.根据单目视觉系统的测量范围和相机参数建立其位姿测量模型;综合考虑相机内参、镜头畸变、图像点、靶标三维点等误差因素,将其同时引入位姿测量模型进行分析;分析抑制不同参数误差及提高相机分辨率等在多误差因素共同作用下对位姿测量结果的影响,找到最有效的精度优化方法.采用小型机械臂手眼定位中的单目视觉位姿测量系统进行实验,结果表明通过抑制相机径向畸变误差和提高相机分辨率,能够有效地提升该系统的位姿测量精度,位姿精度分别提升6.57％、4.21％和5.88％、5.54％.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】7页(P79-85)【关键词】单目视觉;位姿测量;误差分析;精度优化【作者】郝仁杰;王中宇;李亚茹【作者单位】北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TN206;TB92引言单目视觉位姿测量是通过单个摄像机拍摄目标图像，求解出目标坐标系与摄像机坐标系之间的位置和姿态关系。

基于点特征的单目位姿测量是利用多个控制点之间的约束，求解出2个坐标系之间的位姿关系，一般称为PNP问题(perspective-n-point problem)[1]。

使用不同的N个控制点求解PNP问题可以使用不同的方法，且当N较小时会出现多解问题。

例如文献[1]指出最少需要使用3个控制点来求解PNP问题，且P3P问题最多有4组解。

针对P3P问题，周鑫等人[2]提出了当3个特征点构成等腰三角形时，将摄像机布置在空间中的一些区域内，可以获得唯一解。

CCD检测垂直度误差分析

Байду номын сангаас
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对于（2），由于光靶与分光镜平面、光靶与CCD摄像机镜头平面的距离较短。且在装置安装调试时，我们对显示在屏幕上的圆光斑用目测法对光靶及CCD摄像机位置进行调整，尽量使光靶、分光镜与CCD摄像机镜头平面平行。使显示的光斑尽量与实际的激光光斑近似，减小CCD的图像读入误差。
对于（3)，在直线度的计算中以首截面光斑中心点坐标为坐标原点，其他各个截面的光斑中心坐标为对应首截面光斑中心坐标的相对坐标，所以，由于活塞安装引起的微小变化带来的误差是很小的，可以忽略。
对于（1），由于光线传播距离较长，可以认为光线中心大致与轴线重合，即认为反射镜保持与光线垂直，即由于二者不垂直引入的计算原理误差可以忽略。在直线度获取的方法上采用了角度积累的计算方法，光线中心与轴线的夹角在测量过程中保持不变，该夹角对角度积累无影响，只是对初始偏角有影响，因此这项误差可以忽略不计。
2．误差分析的方法，采用这种方法先分析并列出仪器中产生系统误差的各项误差源，然后计算或估算这些误差源所造成的仪器各系统误差分量的大小，则仪器的系统误差便是各个系统误差分量的合成。
3．比对的方法就是在同等条件下，用几种相互完全独立的、而且具有同等效力的仪器对同一个参数进行测量并观察其测量结果。这时得到的测量结果之间的差别可咀作为仪器系统误差的一个估算值。
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CCD检测垂直度误差分析
——苏州鼎纳自动化科技有限公司
1

CCD显微检测系统误差分析及补偿.

CCD显微检测系统误差分析及补偿本论文在精密零件显微检测系统研究的基础上,详细阐述了CCD显微测量系统中关键技术研究。

一是CCD检测系统的误差引起因素。

一是不同视场测量的误差补偿问题。

一是照明系统的研究问题。

CCD检测系统要解决以下几个关键问题:图像畸变的校正,合适的光源建立的问题,误差分析问题。

这几个问题的解决对CCD检测系统的质量具有重要意义。

针对CCD检测系统的误差引起因素问题,讨论和分析了CCD检测系统的误差因素,并对CCD安装不准的因素进行了具体的分析,建立了数学模型,估计了此因素引起的相对误差,得出了像面的微小的偏转带来的误差是可以忽略的,不必进行补偿的结论。

针对不同视场测量的误差补偿问题做了深入的研究。

分析了引起这种误差的可能因素,并提出需进行图像校正。

说明了图像校正的原理,提出了一种基于直线的图像校正方案,并在VC++6.0上实现了校正算法。

通过实验证明,本系统在原系统基础上普通微小尺寸在视场的不同位置测量重复精度提高到±0.2μm,有效的进行了误差补偿。

对于照明系统的问题,讨论了照明系统的组成,研究了适用于图像检测的反射照明系统并提出了相应设计原理,设计了驱动电路和光源,建立了合适的反射照明系统。

在反射照明系统下测量细径的重复精度提高到了±0.15μm。

同主题文章[1].陈书法,李耀明,唐学飞. 数控铣削加工中刀具变形误差分析' [J]. 现代制造工程. 2005.(08)[2].袁怀民. 采用DSP技术的高精度电度表的误差分析及补偿' [J]. 微电子学与计算机. 2007.(02)[3].陈岳林. CCD在线测量小尺寸的误差分析与校正' [J]. 桂林电子工业学院学报. 1998.(03)[4].徐志刚,黄克正,刘和山,艾兴. 实体造型误差的事后处理法' [J]. 机械设计. 1999.(03)[5].戴天,丁月华,文贵华. 计算机智能照明系统的设计' [J]. 电气应用. 2005.(02)[6].柯才军,张富巨,贺明贤. 窄间隙焊自动跟踪系统的误差分析及工程对策' [J]. 焊接技术. 2001.(01)[7].朱长青,崔少辉. 8031构成的线性CCD应用系统' [J]. 军械工程学院学报. 1995.(04)[8].陈岳林,陶晓玲,韦荔浦. CCD计数器的设计及误差分析' [J]. 桂林电子工业学院学报. 2002.(03)[9].杨敏虹. 一种用AVR单片机驱动的线阵CCD数据采集系统' [J]. 电子技术. 2001.(11)[10].徐学军,高敦堂,唐正言. 遥感图片输入系统' [J]. 吉首大学学报(自然科学版). 1991.(02)【关键词相关文档搜索】：机械制造及其自动化; CCD; 误差分析; 误差补偿; 照明系统【作者相关信息搜索】：哈尔滨工业大学;机械制造及其自动化;邵东向;梁斌;。

CCD摄像机的误差及其检校

图 3 行抖动误差 Fig.3 Jitter error of row x g g x
X
X
由此，只要检测出直线的行抖动，即可考虑在拟合边缘直线时校正，从而提高系统的测量精度。
图 1 平面上点的分布 Fig.1 Distribution of points on plane
图 2 x0、y0 初值确定 Fig.2 Setting initial values of x0 and y0
1
∆ x=k1(x-x0) ， ∆ y=k1(y-y0) 。因此可得：
x + ∆x + l1 x + l 2 y + l3 = 0 l 7 x + l8 y + 1 l x + l 5 y + l6 y + ∆x + 4 = 0 l 7 x + l8 y + 1
（2）
2004-05-08；修改稿日期 2004-07-10 雷玉堂（1932-），男。教授。主要研究方向：光电技术与安全防范。E-mail: itoe@
收稿日期作者简介
２ＣＣＤ摄像机的光学误差
由于 CCD 摄像机的物镜与普通摄影物镜无异，这部分误差结果可直接应用。对畸变差的改正，可采用二次多项式拟合法。畸变差中的线性部分可用二维 DLT（直接线性变换）算法改正。下面主要讨论非线性误差的改正。一般非线性的物镜畸变差可表示如下：
∆x = ( x − x 0 (k 1 r 2 + k 3 r 4 + k 3 r 6 Κ Κ )
等因素造成。
１概述
在利用面阵 CCD 摄像机进行实时检测的系统中，CCD 摄像机所产生的误差是系统中的主要误差，它影响系统的测量精度。必须对 CCD 摄像机所产生的误差进行分析与检校，以便对系统的精度进行评价。 CCD 摄像机所产生的误差主要由它的光学成像镜头， CCD 器件本身的质量以及图像采集装置（含图像采集卡等）共同产生，一般分为光学误差、机械误差和电学误差。光学误差主要是指影响影像几何精度的 CCD 摄像机的光学镜头所产生的镜头畸变差。它包括径向畸变差和切向畸变差。镜头的这种畸变差在影像上一般表现为中心小而周边较大。机械误差主要是指 CCD 器件质量不好，即 CCD 机械加工安装时造成的 CCD 面阵的几何误差，即像元排列不规则而使影像产生的几何误差。它包括像素定位不准，行列不直及相互不垂直等误差。此外还有 CCD 不同的像元对相同的光强信号转换得到的灰度值有差异的像元敏感不均匀性误差。随着现代加工工艺水平的提高，这种误差较其它误差要小的多。电学误差主要是指 CCD 在光电信号转换，电荷在势阱中的传递以及 A/D 转换时所产生的影像几何误差。它主要包括行同步误差、场同步误差和像素采样误差。主要原因是光电信号转换不完全、信号传递滞后以及 CCD 驱动电路电压及频率不稳

镜头畸变引起的误差

镜头畸变引起的误差
镜头畸变引起的误差主要分为两类：径向畸变和偏心畸变。

径向畸变是光学镜头径向曲率的变化引起的，这种变形会引起图像点沿径向移动。

离中心点越远，其变形量越大。

正的径向变形量会引起点向远离图像中心的方向移动，其比例系数增大；负的径向变形量会引起点向靠近图像中心的方向移动，其比例系数减小。

而偏心畸变是由装配误差引起的，当组成光学系统的多个光学镜头的光轴不可能完全共线时，就会产生偏心畸变。

这种变形由径向变形分量和切向变形分量共同构成。

此外，光学镜头畸变还会影响测量精度，尤其当被测物体需要较大视场时，目标区域在视场上下两端会产生一定的视觉成像误差。

当相机与视场相对固定时，由镜头畸变引起的像差属于系统误差。

要减小畸变误差，可以通过优化光学镜头的设计、提高制造精度和使用畸变校正算法等方法来实现。

扫描仪测量镜头畸变误差的软件校正

文章编号 1004-924X(2001)03-0234-04扫描仪测量镜头畸变误差的软件校正田向春1,唐慧君2(1.西安测绘研究所,陕西西安 710054;2.中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安 710068)摘要:介绍CCD 拼接扫描仪精度高于0.2mm 时,测量镜头畸变带来的扫描误差情况。

针对该项误差,进行测量、分析、计算,得到镜头畸变的规律和函数曲线,给出利用函数进行软件校正的思路和方法及基本流程。

通过试验证明,此方法较好的改善了测量镜头畸变带来的成像误差,并使之满足精度要求。

关键词:扫描仪;镜头;畸变;软件校正中图分类号:TH703 文献标识码:A1 引言扫描仪以数字形式再现图像,主要指标有分辨率、精度及扫描幅面。

一般用途的扫描仪光学分辨率600DPI,精度10-1mm 数量级,幅面A3、A4。

在地质勘探、测绘、军事、医学研究等诸多领域则需要扫描仪在较大幅面内具有较高的分辨率和精度。

一般采用多CC D 外视场拼接的方法来满足这一要求,通过多组相机将物成像在多片CCD 上完成视场分割。

在减小单镜头视场角的同时,扩大了扫描有效幅面。

这种扫描原理要求仪器中各台相机放大倍率严格一致,我们可以通过调整各拼接相机光学系统达到放大倍率的基本一致。

针对每一相机镜头,其光学系统的枕形或桶形畸变将导致镜头线视场内的放大率不均匀。

这种不均匀,在调整整台相机放大率时可控制使之正负误差相抵而保证精度,但在两台相机拼接处及单台相机中心视场的局部范围内,则可能出现局部放大率正或负误差的累积,使扫描图像出现漂移,导致精度超差。

也就是说,镜头畸变带来的视场中微观放大倍率不一致,使不同区域内扫描的图像大小不等,导致扫描图形变形。

可以通过软、硬件方法减少这种误差。

2 软、硬件解决方法比较技术解决可操作性上。

通过提高硬件的品质,利用更小畸变的镜头,或使孔径角减小。

采用两种方法减小孔径角:一为增加拼接镜头个数,二为加长物距。

用于相机标定的球靶标投影误差与校正

目前使用球靶标对摄像机进行标定的研究中，［１１～１３］
并没有对该畸变进行校正，而是直接将椭圆几何中
心作为球心成像点，这在标定中引入了一定的误差。
通过建立正确有效的模型校正该畸变是提高摄像机
标定精度的一个重要方面。
３球心成像畸变误差模型的建立
ｏｊ＝ＫＲＯｊ＝［ｏｊ１ｏｊ２ｏｊ３］Ｔ，因此其像点坐标为ｏ珔ｊ
＝
（ｏｊ１，ｏｊ３
ｏｊ２ｏｊ３
）。只有当正 Nhomakorabea圆
锥
Ｑ
的轴与像平面垂直
也即圆锥轴与摄像机光轴重合时，球外轮廓成像为
标准圆，此时圆心和球心的像重合。一般情况下球成
像为椭圆，椭圆几何中心珘ｏｊ与球心的像珔ｏｊ并不重合，存在一定的偏差，称为球心成像畸变误差。在
收稿日期：２０１２－０６－０５；收到修改稿日期：２０１２－０８－０９基金项目：国家９７３计划（２０１１ＣＢ７０６８００－Ｇ）和国家自然科学基金（５０９７５２２８）资助课题。作者简介：谷飞飞（１９８７— ），女，博士研究生，主要从事机器视觉和光电测量等方面的研究。
燀００１燅燀００１燅ｖ０）表示相机主点坐标，单位为像素；Ｄｕ、Ｄｖ分别表示ｕ、ｖ轴方向上单位长度所包含的像素数目，单位为每
毫米的像素数。以图像分辨率为１３９２ｐｉｘｅｌ×

CCD摄像机误差分析

电学误差
电学误差主要是指CCD在光电信号转抉，电荷在势阱中的传递以及A／D转换时所产生的影像几何误差。它主要包括行同步误差、场同步误差和像素采样误差。主要原因是光电信号转换不完全、信号传递滞后以及CCD驱动电路电压及频率不稳等因素造成。它主要包括行同步误差，场同步误差和像素采样误差。
CCD摄像机误差分析
刘振主要由它的光学成像镜头，CCD器件本身的质量以及图像采集装置(含图像采集卡等)共同产生，一般分为光学误差、机械误差和电学误差。
光学误差
光学误差主要是指影响影像几何精度的CCD摄像机的光学镜头所产生的镜头畸变差。它包括径向畸变差和切向畸变差。镜头的这种畸变差在影像上一般表现为中心小而周边较大。
机械误差
机械误差主要是指CCD器件质量不好，即CCD机械加工安装时造成的CCD面阵的几何误差，即像元排列不规则而使影像产生的几何误差。它包括像素定位不准，行列不直及相互不垂直等误差。此外还有CCD不同的像元对相同的光强信号转换得到的灰度值有差异的像元敏感不均匀性误差。随着现代加工工艺水平的提高，这种误差较其它误差要小的多。

CCD摄像机交汇测量目标脱靶量布站分析

第21卷　第5期2000年应用光学 V o l.21　N o.52000文章编号:10022082(2000)05-0040-04CCD摄像机交汇测量目标脱靶量布站分析高昕,苏建刚,张光明(北京跟踪与通信技术研究所北京100094)摘　要:　分析线列CCD摄像机交汇测量的原理,以空间虚拟的光电靶代替实物靶来实现对弹丸目标脱靶量的实时获取。

在分析了CCD摄像机测角精度与布站方式等影响交汇测量精度的因素后,对光电靶面上不同位置点的CCD摄像机交汇坐标测量精度进行了计算,给出测量精度与布站的关系,指出CCD摄像机正交布站时系统具有最高的测量精度。

关键词:　线列CCD;脱靶量;交汇测量中图分类号:TB853.1-34 文献标识码:A引言由于CCD器件具有尺寸小、重量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、线形好、光谱响应范围宽、几何结构稳定、工作可靠等优点[1],因而CCD器件在物体外型测量、表面检测、图像传真、智能传感等方面得到了广泛的应用[2]。

近些年来,CCD器件正越来越多地应用于靶场光学测量。

以CCD芯片为光敏感器件的摄像机、电视等光测设备,实现了对测量数据的实时获取。

随着CCD器件制造技术的发展,测量精度的进一步提高,在靶场光学测量中,胶片式摄影机将逐渐被以CCD芯片为光敏感器件的新型光测设备所替代。

两台线列CCD摄像机视场交汇,可在空间构成一个平面共视区域。

任何通过这一区域的目标都会同时成像于两台CCD摄像机上,将采集的视频信号转换为数字信号,通过计算目标相对于CCD摄像机的高度及CCD 摄像机之间的距离,利用三角定位法,就可获得通过点的精确位置。

根据这一原理,可利用两台线列CCD摄像机视场交汇构成的“光电靶面”代替实物标靶测量弹丸的命中精度。

线列CCD摄像机“立靶”的应用为各种炮弹、火箭弹和导弹的着靶测量提供了一种实时、高精度的测量手段。

1　线列CCD摄像机对称布站测量原理如图1所示,两台线列CCD摄像机的视轴AO、BO与基线AB在同一平面内,则两台线列CCD摄像机视场可交汇出一个光电靶面,任何通过R STQ靶面的目标,都能同时成像于两台CCD摄像机上。

CCD立靶弹丸攻角测量

CCD立靶弹丸攻角测量王苗;徐玮【摘要】Based on the measurement principle of CCD vertical target, a new measurement method of the attack angle is given, which can calculate the attack angle by measuring the positions of the head and the tail-end of the projectile on the target. The system can measure the attack angle of the projectile while measuring the position information. Analyze the measurement precision of the position of the system, and deduce relevant formula about attack angle measurement. Through practical tests, analyze the measurement precision of attack angle and discuss the feasibility of this method. The results turn out that the new method for measuring the attack angle is feasible and the CCD vertical target can be used to measure the attack angle in the shooting range, expanding the ability of the CCD vertical target.%基于CCD立靶坐标交汇测量原理,提出了通过测量弹头和弹尾过靶坐标进而解算出弹丸攻角的方法,使CCD立靶测量系统在完成弹丸着靶坐标测量的同时,还可以完成弹丸攻角的测量.对CCD立靶坐标测量精度进行了分析,推导了攻角测量的相关公式；结合试验,对攻角测量精度作了分析,对方法的可行性进行了验证.结果表明,利用CCD立靶测量系统进行攻角测量的方法是可行的,用靶场已有的CCD立靶测量系统可以来完成弹丸攻角的测量,从而充分发挥CCD立靶测量系统的功能,使其应用范围更广.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2011(038)009【总页数】5页(P30-34)【关键词】CCD立靶;坐标测量;攻角;精度分析【作者】王苗;徐玮【作者单位】中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710119;中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710119;中国科学院研究生院,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TJ2O6;TP2020 引言弹丸的飞行姿态是决定弹丸飞行稳定性的重要因素。

CCD相机靶面倾斜误差修正应用研究

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长春理工大学学报（自然科学版）
2009年
图 4 Harris 角点提取后的标定板图像图 5 RAC 两步法 CCD 相机标定的结果图 6 CCD 相机标定参数整体优化后结果 Fig.4 The image of calibration board with Fig.5 The results of RAC two-step Fig.6 The results of the integrated optimiextracted corners calibration of the CCD camera zation calibration of the CCD camera
ccd相机靶面倾斜误差修正应用研究235分量835528825mm和畸变系数82523310是基于径向约束标定的ccd相机参数整体优化后的结果其中焦距8060892mm从以上实验结果可以看出ccd相机标定参数整体优化后的结果明显好于rac两步标定的结果而且整体优化后的焦距和z方向平移分量与试验所用的镜头焦距和镜头与标定板之间的距离很接近
图中 0 线代表的是 CCD 靶面选择的水平轴，与真实水平轴存在倾斜。如目前判读方法，不考虑靶面倾斜因素时，两种脱靶量之间的关系式为： cos 0 + sin 0 0= cos 0 sin 0 （3） 0= 从关系式（2）、（3）中可得出，考虑倾斜时目标相对于光电经纬仪的方位高低角度值为： = 0+ cos 0 + + sin 0 + = 0 + cos 0 + sin 0 + （4）不考虑倾斜时为：
第32卷第2期 2009年6月
长春理工大学学报（自然科学版）
Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition）

CCD 摄像系统镜头的畸变测量

表 1 测试数据 Table 1 Test da ta
视场角 (°) 0 4. 171 27
横坐标 (第 n 个像素) 383 461
像素间距个数 0 78
理想像高 mm 0 0. 656 382
实际像高 mm 0 0. 662 298
绝对畸变 mm 0 0. 005 916
相对畸变 0 0. 901%
将被测系统放置在精密转台上, 面阵CCD 固
应用光学 2008, 29 (2) 郭羽, 等: CCD 摄像系统镜头的畸变测量
·281·
定在一测量平台上, 使光敏面位于被测光学系统像面位置, 在被测系统物方安置一带星孔板 (或网格板) 的平行光管或带滤光片的激光器作为目标。使整个光路处于 0°视场, 此时星点像即为基准像点。然后依次旋转精密转台, 测量不同视场角下的绝对畸变值。
造成图像的位置失真, 影响了定位精度, 所以此类系统的畸变校正至关重要。
1 畸变测量
1. 1 光学系统畸变的定义轴外点成像, 无论是宽光束还是细光束都有像
差存在, 即使只有主光线通过光学系统, 由于球差的影响, 它仍不能与理想的近轴光一致, 因此主光线与高斯像面交点的高度不等于理想像高, 这种差别就是系统的畸变。
图 1 畸变类型图
F ig. 1 D ifferen t d istortion s
1. 2 畸变数学模型
由像差理论可知, 对于已知结构 (r, d , n) 的光
学系统, 当物距 l1 和入瞳位置 lz1给定时, 光学系统空间光线的像差仅取决于视场 (h 1) 和孔径 (Γ1Φ1)。像差展开为级数时, 在视场和孔径为零的情况下,
6. 100 81
496

CCD立靶坐标测量系统精度仿真分析

ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ
ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ
ｔａｒｇｅｔ
ａｒｅａ
５
ｍ，测角误差以＝即一６０”，乃
＝厂矿以．将以上参数输入计算机程序，得到不同靶面下各点坐标
误差分布三维图，如图４所示．从图４可以看出：
１ＩＴＩ×１
ｍ靶面最大测量误差‰。ｌ一０．８
ｍｍ，Ｏ＇ｙｍａ；１—
田３仿真程序流程
Ｆｉｇ．３＂Ｉｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｃｈａｒｔ
１．０ｍｍ；４ｍＸ４
２００９年第２３卷第４期
（总第７６期）
测
试
技
术
学
报
Ｖ０１．２３
Ｎｏ．４
２００９
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＥＳＴＡＮＤ
ＭＥＡｓｕＲＥＭＥＮＴＴＥｃＨＮＯＬｏＧＹ
（ＳｕｍＮｏ．７６）
文章编号：１６７１—７４４９（２００９）０４．０３５８—０４
ＣＣＤ立靶坐标测量系统精度仿真分析
李华１，李国富１’２，雷蕾１’２
中图分类号：ＴＰ３９１．１文献标识码：Ａ
ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣＣＤ—－ＢａｓｅｄＶｅｒｔｉｃａｌＴａｒｇｅｔＣｏｏｒｄｉｎａｔｅ
ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ
ＬＩＨｕａｌ，ＬＩＧｕｏｆｕｌ一，ＬＥＩＬｅｉｌｔ２
（１．Ｘｉ’ａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎ２．Ｇｒａｄｕａｔｅ
万方数据
（总第７６期）
ＣＣＤ立靶坐标测量系统精度仿真分析（李华等）

CCD测量系统的镜头畸变校正新方法

若拟合方程为 X0 = F ( X) ,则拟合残差标准差 R 可表示为
6 R =
1 k- 1
[ F( X i ) - X0i ]2
(6)
式中 , k 为样本数量 ; F( X i ) 为 X i 带入拟合方程后计算得到的理想像素坐标值。
由拟合残差公式 ,拟合残差标准差 R 与 matlab
曲线拟合次数的关系如图 4 所示。
·441 ·
SEMICOND UCTOR OPTOEL ECTRONICS Vol. 30 No. 3
的图像复原处理[628 ] ;线阵激光标定法[7 ] 由于样本数较少 ,测量点畸变情况不能完全反映线阵 CCD 镜头全镜头畸变情况 ,校正精度尚需提高。
本文提出一种新的线阵 CCD 镜头畸变校正方法 ,用线阵 CCD 相机及经纬仪组合体 ,对空间周期黑白条纹图像照相 ,通过图像处理和 matlab 曲线拟合建立图像像素坐标与无镜头畸变的理想像素坐标的关系式 ,即畸变校正函数 ,用来校正线阵 CCD 镜头畸变 ,提高线阵 CCD 测量系统测量精度 ,称为空间周期黑白条纹照相法。
收稿日期 :2008 - 05 - 26.
畸变镜头后成像偏离理想位置 ,若不进行畸变校正 , 将会严重地影响测量精度。因此 ,在线阵 CCD 测量系统中 ,必须对镜头畸变进行校正。常用的镜头畸变的校正方法主要有实验法和基于图像的数字校正方法两种。实验法就是借助实验仪器 ,测出不同视场处的畸变量对畸变进行修正。该方法需使用光具座、同心圆图等特定的仪器 ,在实际中应用较少。通常使用最多的方法是基于图像畸变校正法 ,有网格标定法[6] 、线阵激光标定法[7 ] 等。网格标定法一般计算量较大 ,较多应用于机器视觉系统数与残差关系图

线阵CCD位移测试技术的误差分析

CCD 测试应用可划分为静态测量和动态测量。
利用线阵 CCD 进行位移测量 , 是根据 CCD 靶面上成像光斑位置来确定的。确定该位置有两种方法 : 一种是检测光斑边缘 , 另一种是判断光斑中心。光斑的中心是指光斑的几何中心点 ; 而光斑的边缘是光斑中的一个点 ,相对于 CCD 输出信号中的特定阈值和相应的像元或像素。在中心检测法中 , 借助信号的对称性来判断光斑的中心 ,无须设定判断阈值。而在边缘检测法中 , 不用考虑光斑的对称性 , 利用设定的阈值来确定光斑的边缘。 11 位移测量原理典型位移测量原理以图所示的角位移测量来分 [ 2 ,3 ] 析。由光源发连续平行光入射到与运动部件连接在一起的平面反射镜上 , 使被测物体不同位置对应着不同的反射光线。光源成像于线阵 CCD 上 ,转镜位于其平衡位置时 , 反射光线与透镜光轴重合。
・16 ・
测量与设备
根据图中所示可得出下面的关系式 : φ y = Ftan2 式中 y 为 CCD 靶面上的光斑中心到光轴的距离 ; F 为透镜的焦距 ;φ 为被测物体的转角。由线阵 CCD 检测 y ,求反函数就可得φ ,从而判断目标运动规律。如果保持转镜位置不动 , 让光源随待测物体运动 ; 或光源不动 ,镜子随待测物体运动 , 也可检测以其它规律运动的物体位移。当然 , 图中所示的光学系统需要作相应的改变 [ 5 ] ,此处不再细述。
式中 , w 0 为高斯光束的基模腰斑半径 ( 束腰半径) ; z 为光束的纵向坐标 ,其原点在束腰截面上 ; f 为高斯光束的共焦参数。不同的光源功率 ,CCD 检测到的光斑尺寸也不同。此时 ,
r ( z) = w 0
1 + ( Z/ f ) 2 ・ e ( t)

多CCD拼接相机系统中靶面的旋转误差

收稿日期:2004-06-03.　光电技术应用多CCD 拼接相机系统中靶面的旋转误差王　军1,杨会玲2,鲍海明1,何　昕1,郝志航1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022;2.长春理工大学,吉林长春130022)摘　要:　CCD 传感器靶面的旋转普遍存在于高精度光电测量设备系统中,是影响系统测量精度的一个重要因素。

在分析单片CCD 靶面的旋转理论误差基础上,给出了多CCD 拼接相机系统靶面的旋转误差模型,同时提出了测量该系统中靶面的误差的方法以及修正方法。

大量实验结果表明,利用该检测方法与修正方法能够显著提高该系统测量精度。

关键词:　CCD 拼接;旋转;误差修正;脱靶量中图分类号:TP212.14　文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2005)01-0072-03Missdistance E rror due to Rotation in Multiple CCD Butting C ameraWAN G J un 1,YAN G Hui 2ling 2,BAO Hai 2ming 1,H E Xin 1,HAO Zhi 2hang 1(1.Ch angchun I nstitute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130022,CHN;2.Ch angchun U niversity of Science and T echnology ,Changchun 130022,CHN )Abstract :　The missdistance measurement error due to t he rotation of t he CCD sensor imaging surface is an important factor in t he optical system.Based on t he t heory of t he missdistance in one CCD sensor ,t he module of t he missdistance t heory of multi 2chip CCD butting system is described.The met hods to measure and correct t he error in t his system are briefly discussed.Act ual result s show t he met hods mentioned above can correct t he missdistance measurement error resulting from t he rotation of t he multi 2chip CCD butting system ,and improve t he accuracy of t he optical system.K ey w ords :　CCD butting ;rotation ;error 2correction ;missdistance quantity1　引言在大视场、高分辨率光电测量设备中,单片CCD 器件仍不能够满足测量精度和测量视场的要求,为此,需要对多CCD 器件进行拼接。