专利名称：一种透光玻璃光学角偏差的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种透光玻璃光学角偏差的检测方法，属于自动检测技术领域。
背景技术：
当光通过光学介质时，有多种效应使光线偏离原来应有的传播轨迹。因此当人们透过产生上述现象的光学介质去观察物体时，会感觉到被观察物体图像发生了变化。描述影响光线传播的参数包括光学角偏差、光线的平移、光畸变、清晰度、光透射比和色度等。光学角偏差是描述光线通过透明材料后所引起的光线传播方向变化的物理量，是评价透明材料的重要光学参数之一。对于汽车、飞机等交通工具来说，驾驶舱挡风玻璃是驾驶员观察外部环境的中介物，其光学质量的好坏直接影响驾驶员对外部环境的判断。如果透光玻璃的光学角偏差过大，景物变形严重，容易导致驾驶员驾驶疲劳和定位错误，严重的还会导致交通事故的发生。因此，精确测定透光玻璃的光学角偏差对透光玻璃的质量检验和制造显得极其重要。检索我国国家标准《汽车安全玻璃试验方法》(GB/T5137. 2-2002)、国家军用标准 《飞机夹层玻璃通用试验方法》(国军标GJB50388)，发现通常使用的角偏差检测方法包括 投影测量法、准直望远镜测量法等。投影测量法是用投影仪将一组刻线投影到屏幕上，通过对比安装透镜前后刻线位置变化得到角偏差，此方法只能达到分级的精度；准直望远镜测量法，是由准直镜出射一束平行光，经透光玻璃后进入一个望远镜系统，通过读取望远镜刻度板的值得到光束的角偏差，此方法可以达到秒级的精度。但是这些方法都属于单点测量方法，存在测试数据费时费力、测量精度和效率较低的缺点。本专利申请是基于图像处理技术提出了一种全视场检测角偏差的方法。通过两次拍照获得数码相片，然后使用该方法，即可获得透光玻璃全视场范围内的光学畸变角偏差分布情况和数值大小，具有全视区测量、 自动化程度高、检测精度高等优点，能够实现单块玻璃检测时间小于15分钟。
发明内容
(1)目的本发明的目的在于提供一种透光玻璃光学角偏差的检测方法，它是一种具有全视场、高精度、自动化、高效率的透光玻璃光学角偏差检测方法。(2)技术方案本发明一种透光玻璃光学角偏差的检测方法，其流程框图见图2所示，该方法具体步骤如下步骤一获取基准图像和畸变图像。图像采集部分如
图1所示。使用数码单反相机B，在特定位置上采用固定拍摄参数分别直接和透过待测试透光玻璃D拍摄标准测试图 G，得到数字化形式的基准图像1 (图幻和畸变图像3(图幻，基准图像1和畸变图像3的数学表达为I (x, y)和J(χ，y)，其中χ，y分别是数码相机CCD芯片上的水平和垂直坐标，I (χ, y)和J(x，y)为二维灰度矩阵，每个点的值代表图像的灰度(灰度越大颜色越深，灰度越小颜色越浅)，该矩阵的大小与相机的分辨率相同。使用二维坐标(Xi，yP表示CCD平面上的任意像素单元。步骤一的实施条件是1)选取适用的高分辨率数码单反相机及配套镜头；幻两次拍照时数码单反相机和标准测试图的空间位置关系不发生改变；3)两次拍照时的环境光照条件不发生改变，选择明亮光线充足的光照环境。步骤二 对标准网格图进行放大率标定。数码相机拍摄的照片以像素为长度单位， 而实际玻璃的尺寸以厘米、米等为长度单位(本专利申请以厘米为单位)。为了从照片上准确量度出玻璃表面的位置信息，需要获得从照片像素到物理长度的映射函数。本专利申请使用双线性映射函数，其数学形式为Xreal = ajpix+bjpix+CiYreai = a2xpix+b2ypix+c2(a)其中，(Xpix，ypix)是数码相片上任意二维空间点的像素坐标，以像素为单位；(xMal， yreal)是该点映射到玻璃表面的实际物理坐标，以厘米为单位^pbpcdnii2 132、4是待求的映射系数(或称标定系数)。为了获得相机的标定系数，需要在完成步骤一后将标准网格图 H放置在与标准测试图像G相同的位置(即图1中的标准测试图和标准网格图的安放区域 F)。在数码单反相机B、测试图像支架E相对位置不变的前提下，移除待测透光玻璃D，拍摄一张标准网格图H的照片。标准网格图H上各网格线的空间位置(xMal，yreal)和对应像素点坐标Upix，ypix)精确可知，因此使用基于最小二乘的双线性拟合算法计算得到标定系数。步骤二的实施条件是保证步骤一的实施条件不变，用标准网格图像(H)取代标准测试图(G)。步骤三运用光学流动法计算从基准图像到畸变图像的变形场。计算流程如图2 所示。透光玻璃存在光学畸变场真值2，该变形场为矢量场，可分解为水平分量u (x，y)(以像素为单位)和垂直分量ν (X，y)(以像素为单位)，畸变图像3正是基准图像1叠加上该光学畸变场真值2的结果，叠加公式为J (Xi, Yj) = I (Xi+u (Xi, Yj), Yj+v (Xi, y」))。对于待测试玻璃而言，该光学畸变场真值2未知，因此使用金字塔迭代式光学流动法(已另申请专利)计算从基准图像1到畸变图像3的变形场u' (x, y)(以像素为单位)和V (x, y)(以像素为单位)。给定光流层数、迭代次数、窗格形状、误差容限等计算参数，得到该光学畸变场计算值4。该光学畸变场计算值4是光学畸变场真值2的有效近似。计算流程如图2所示。步骤三的实施条件是1)标准测试图(G)包含丰富的灰度级明暗细节变化；2)根据实际变形场的特征调整金字塔迭代式光学流动法的计算参数。步骤四通过变形场计算光学角偏差。在步骤二中已得到畸变图像3的有效近似变形场u' (x，y)(以像素为单位)和ν' (17)(以像素为单位)，通过步骤二标定的放大率系数将其转换成到真实的物理空间为(x，y)(本专利申请以厘米为单位)，Vrea/ U， y)(本专利申请以厘米为单位)。根据公式
权利要求
1. 一种透光玻璃光学角偏差的检测方法，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一获取基准图像和畸变图像；使用数码单反相机(B)，在特定位置上采用固定拍摄参数分别直接和透过待测试透光玻璃(D)拍摄标准测试图(G)，得到数字化形式的基准图像(1)和畸变图像(3)，基准图像(1)和畸变图像(3)的数学表达为I(x，y)和J(x，y)， 其中X，y分别是数码相机CXD芯片上的水平和垂直坐标，I (x, y)和J(x，y)为二维灰度矩阵，每个点的值代表图像的灰度，灰度越大颜色越深，灰度越小颜色越浅，该矩阵的大小与相机的分辨率相同；使用二维坐标(Xi，Yi)表示CXD平面上的任意像素单元；步骤二 对标准网格图进行放大率标定；数码相机拍摄的照片以像素为长度单位，而实际玻璃的尺寸以厘米、米为长度单位；为了从照片上准确量度出玻璃表面的位置信息，需要获得从照片像素到物理长度的映射函数，这里使用双线性映射函数，其数学形式为Xreal — aiXpix+b1ypis+C1Yreal = Β2Χρ χ^2Υρ χ+02(a)其中，0w，yPix)是数码相片上任意二维空间点的像素坐标，以像素为单位；(、al， yreal)是该点映射到玻璃表面的实际物理坐标，以厘米为单位^pbpcdnii2 132、4是待求的映射系数即标定系数；为了获得相机的标定系数，需要在完成步骤一后将标准网格图(H) 放置在与标准测试图像(G)相同的位置(F)处；在数码单反相机(B)、测试图像支架(E)相对位置不变的前提下，移除待测透光玻璃(D)，拍摄一张标准网格图(H)的照片；标准网格图(H)上各网格线的空间位置Ural，yreal)和对应像素点坐标Upix，ypix)精确可知，因此使用基于最小二乘的双线性拟合算法计算得到标定系数；步骤三运用光学流动法计算从基准图像到畸变图像的变形场；透光玻璃存在光学畸变场真值O)，该变形场为矢量场，可分解为水平分量u (x，y)和垂直分量ν (x，y)，畸变图像 (3)正是基准图像(1)叠加上该光学畸变场真值O)的结果，叠加公式为J (Xi，Yj) = I (Xi+u (Xi, Yj), Yj+v (Xi, Yj))对于待测试玻璃而言，该光学畸变场真值( 未知，因此使用金字塔迭代式光学流动法计算从基准图像⑴到畸变图像⑶的变形场u' (x, y)和ν' (x, y)；给定光流层数、 迭代次数、窗格形状、误差容限计算参数，得到该光学畸变场计算值；该光学畸变场计算值(4)是光学畸变场真值O)的有效近似；步骤四通过变形场计算光学角偏差；在步骤二中已得到畸变图像(3)的有效近似变形场u' (x，y)和ν' (x，y)，通过步骤二标定的放大率系数将其转换成到真实的物理空间为uMal' (x，y)，、al' (x，y)，单位为厘米，根据公式
2.根据权利要求1所述的一种透光玻璃光学角偏差的检测方法，其特征在于步骤一的实施条件是1)选取适用的高分辨率数码单反相机及配套镜头；2)两次拍照时数码单反相机和标准测试图的空间位置关系不发生改变；3)两次拍照时的环境光照条件不发生改变，选择明亮光线充足的光照环境。
3.根据权利要求1所述的一种透光玻璃光学角偏差的检测方法，其特征在于步骤二的实施条件是保证步骤一的实施条件不变，用标准网格图像(H)取代标准测试图(G)。
4.根据权利要求1所述的一种透光玻璃光学角偏差的检测方法，其特征在于步骤三的实施条件是1)标准测试图(G)包含丰富的灰度级明暗细节变化；2)根据实际变形场的特征调整金字塔迭代式光学流动法的计算参数。
全文摘要
一种透光玻璃光学角偏差的检测方法，它有五大步骤步骤一获取基准图像和畸变图像；步骤二对标准网格图进行放大率标定；步骤三运用光学流动法计算从基准图像到畸变图像的变形场；步骤四通过变形场计算光学角偏差；步骤五对光学角偏差进行统计分析。本发明基于数字图像处理技术，结合光学流动法，可以获得透光玻璃全视场范围内的光学畸变角偏差分布情况和数值大小，具有全视区测量、自动化程度高、检测精度高等优点，它在自动检测技术领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。
文档编号G01N21/17GK102507446SQ20111032491
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者潘翀, 王晋军, 王洪平 申请人:北京航空航天大学