一种面向精密仪器透镜的小球冠特征参数提取方法技术

本发明专利技术提供一种面向精密仪器透镜的小球冠特征参数提取方法，包括：通过激光波数扫描的移轴斐索干涉测量得到小球冠三维空间数据，考虑实际数据的畸变，通过空间球形的特征数学式，将球冠数学模型线性化并映射为矩阵形式，最后使用多元线性回归对小球冠曲率、球冠中心进行拟合，并检查拟合优度。由于实际小球冠通过专用摄像系统进行数据采集时产生会产生不可控变形，本发明专利技术考虑了轴向的畸变误差模型，建立标量最小二乘式子。为了方便进行后续的拟合与计算，需将标量最小二乘式通过已知量和未知量特定分离，构造出特定线性方程的矩阵形式。进行多元线性回归进行拟合，得到精确的小球冠的球心位置、畸变系数、以及球冠曲率。以及球冠曲率。以及球冠曲率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向精密仪器透镜的小球冠特征参数提取方法


[0001]本专利技术涉及视觉传感器透镜检测领域，特别涉及一种面向精密仪器透镜的小球冠特征参数提取方法。

技术介绍

[0002]随着无人驾驶技术的迅猛发展，对其安全指标需求越来越高，而其控制算法离不开视觉传感器获取的图像信号输入，以此要求开发基于无人驾驶汽车的高精度视觉传感器的标准检测要求越发严密。
[0003]无人驾驶汽车高精度视觉传感器的关键零件
‑
透镜由高精度复杂型面构成。要求高效和无损地透视测量和提取其全部几何参数。由此而引发亟需解决的科学问题：深度(z)方向的高精度测量；平面数据采集区域极小(xoy)；高分辨率拟合难度高，三维动态范围大，对于数据采集精度以及数据检测要求十分苛刻。为了实现视觉传感器的精确制造，对其摄像头镜片的检测技术急需迭代。
[0004]基于现有技术的维度局限，检测精度低，受初始点集精度影响大且相对应鲁棒性差等问题，导致小球冠对应的参数指标检测效果差。论文：TANG Dandan；YUAN Hui；YU Xiaoliu et al.Study of Precision Measurement for Small Spherical Cap Surface Parameter Based on Monocular Laser[J].2013.通过检测装置检测出相应的数据点，对得到的球面点坐标采用最小二乘法拟合球面半径，在拟合过程中改变目标函数，将拟合计算转化为求解广义特征向量。
[0005]该方法局限于大球面的测量，由于对应最小二乘公式分母存在，对于半径大，也就是曲率很小的球冠，实际数据的微小变动，对于计算结果会造成很大的影响，受扰动影响大；对于这种微量级的小球冠数据精度要求难以满足，对于高精度仪器透镜检测有一定距离，识别精度不够。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术目的在以提供一种基于面向精密仪器透镜的小球冠检测方法、系统、介质及设备，以提升摄像头镜片的检测精度，在小球冠镜片检测时，在考虑高程误差的情况下，有效检测出其曲率以及球心点。
[0007]在本专利技术中，首先是采用随机傅里叶变换算法建立波数域干涉频谱算法，提出移轴斐索干涉测量系统完成相机标定及Z轴标定，以此得到小球冠三维空间数据，该方法数据获得更加准确。其次，本专利技术考虑了实际数据的畸变，通过空间球形的特征数学式，将球冠数学模型线性化并映射为矩阵形式，最后使用多元线性回归对小球冠进行拟合，能够有效得出球冠的曲率、球冠中心。同时，由于本专利技术考虑了数据的畸变，在拟合出球冠参数可以同时得出畸变参数，从而对镜片的校正提供帮助。其具体实施方案如下：
[0008]一种小球冠三维数据点检测方法，包括：
[0009]采用随机傅里叶变换算法，并在干涉相位提取过程中建立波数域干涉频谱算法；
[0010]提出移轴斐索干涉测量系统以提高信噪比；
[0011]完成干涉测量系统的相机标定及Z轴标定，以此得到小球冠三维空间数据；
[0012]对原始数据进行预处理：删除空白点数据，去除重复点；
[0013]考虑高程轴向的压缩误差k，列出小球冠数据点满足的的方程(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2+(k
·
z
‑
z0)2＝r2；
[0014]根据上式得到误差模型为：其中n为数据点的个数，x0，y0，z0为待拟合球心点，x
i
，y
i
，z
i
为已知小球冠第i数据点集，r为待拟合小球冠半径；
[0015]对目标最小二乘式展开，分离细化出已知数据，以便后续方程变形求解；
[0016]通过观察目标方程式特征构建特定变量系数，达到链式反应求解效果，进行如下定义：A＝k2，B＝
‑
2x0，C＝
‑
2y0，D＝
‑
2kz0，
[0017]将上述最小二乘式的内部式子进行变形：
[0018]构造出线性方程，其中目标系数A、B、C、D、E为未知量，其余各变量均为已知数据点参数；
[0019]通过所得球冠空间模型数据，考虑所有的数据点，带入可得线性方程的矩阵形式，并用P、X、F分别替换三个矩阵，得；PX＝F其中
[0020]将最小二乘方程用代数表示，写成：argmin L(x0，y0，z0，k，R)＝|PX
‑
F|2得到目标函数|PX
‑
Y|2，求其最小化目标数值；
[0021]将|PX
‑
Y|2进行展开并化简以便于求导：
|PX
‑
F|2＝X
T
P
T
PX
‑
2XP
T
F+F
T
F
[0022]上式对X进行求导，并令之为0：
[0023]化简矩阵等式，可以得到X＝[A B C D E]T
参数的数值X＝(P
T
P)
‑1P
T
F；
[0024]通过X进行参数的推算，由A＝k2，可以推算得到：
[0025]由B＝
‑
2x0，可以推算得到：
[0026]由C＝
‑
2y0，可以推算得到：
[0027]由D＝
‑
2kz0，可以推算得到：
[0028]由可以推算得到：
[0029]计算拟合优度R2，R2最大值为1。R2的值越接近1，说明回归曲线对观测值的拟合程度越好；反之，R2的值越小，说明回归曲线对观测值的拟合程度越差。其中F
i
表示矩阵F的第i个元素，P
i
代表矩阵P的第i行，表示矩阵F中元素的平均值；
[0030]观测拟合优度R2，若拟合优度符合要求，则可以得到拟合出的球冠方程为：
[0031]可以得到小球冠的参数：球心为半径为对应z轴的畸变参数为
[0032]在本专利技术中，一种基于多元线性回归的高精度小球冠拟合方法，包括：采用随机傅里叶变换算法，并在干涉相位提取过程中建立波数域干涉频谱算法，提出移轴斐索干涉测量系统以提高信噪比，完成相机标定及Z轴标定，以此得到小球冠三维空间数据。由于实际小球冠通过专用摄像系统进行数据采集时产生会产生不可控变形，本专利技术考虑了轴向的畸变误差模型，建立标量最小二乘式子。为了方便进行后续的拟合与计算，需将标量最小二乘式通过已知量和未知量特定分离，构造出特定线性方程的矩阵形式。进行多元线性回归进行拟合，得到精确的小球冠的球心位置、畸变系数、以及球冠曲率。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向精密仪器透镜的小球冠特征参数提取方法，其特征在于，包括：步骤S1：建立波数域干涉频谱算法，提出移轴斐索干涉测量系统完成相机标定及Z轴标定，以此得到小球冠三维空间数据。步骤S2：考虑高程轴向误差模型，利用三维立体原始数据建立标量最小二乘式。步骤S3：通过变量转换，观察目标方程式特征，构造特定分离变量系数，将最小二乘式构造出线性方程的矩阵形式。步骤S4：使用多元线性回归对小球冠的曲率、轴向畸变、球冠中心进行拟合，并检查拟合优度。2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述S1的过程，包括：步骤S11：在原理上采用随机傅里叶变换算法，并在干涉相位提取过程中建立了波数域干涉频谱算法。步骤S12：提出移轴斐索干涉测量系统以提高信噪比。步骤S13：完成干涉测量系统的相机标定及Z轴标定，以此得到小球冠三维空间数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2的过程，包括：步骤S21：对原始数据进行预处理，删除空白点数据。步骤S22：考虑高程轴向的压缩误差k，则小球冠的方程为：(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2+(k
·
z
‑
z0)2＝r2因此，可以得到误差模型的最小二乘式为：其中n为数据点的个数，x0，y0，z0为待拟合球心点，x
i
，y
i
，z
i
为已知小球冠数据点集，r为待拟合小球冠半径。步骤S23：对目标最小二乘式展开，分离细化出已知数据，以便后续方程变形求解。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3的过程，包括：步骤S31：通过观察目标方程式特征构建特定变量系数，达到链式反应求解效果，将上述最小二乘式的内部式子进行变形：进行如下定义则：Az2+Bx+Cy+Dz+E＝
‑
(x2+y2)步骤S32：构造出线性方程，其中除S31构...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧伟贤，徐卓豪，刘天翔，周延周，许怀林，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：