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体视显微镜的细观材料应变检测方法

作者:小编 日期:2020-10-22 19:40 点击数:

常见的体式显微镜G型体视显微镜和CMO型体视显微镜,结构简单、价格便宜,但是G型体视显微镜的成像面与聚焦面不平行,容易产生径向的图像失真,用于高精度的精密测量略显不足,因而采用CMO型体视显微镜。双目体式显微镜的分类和光路图如图1所示

参数化畸变校正

传统的镜头畸变校正方法是一种参数化的方法,通常从理想的针孔相机模型开始,采用顺序元素模拟显微成像过程,将每个元件的畸变参数逐一地加入模型中,考虑尽量多的畸变原因:径向畸变、切向畸变、薄棱镜畸变[16],最终得到显微镜整体的失真函数。典型的镜头畸变类型如图2所示(图中P0为理想的象点位置,P1为实际的像点位置)。

微信截图_20201022194616

参数化校正方法对于拥有单个镜头的摄像机效果很好,但由于显微镜内部构成复杂,不易得到其失真函数,且很难进行初始化。因此,采取了一种非参数化的畸变校正方法来减小显微镜的镜头畸变。

非参数化畸变校正

针对高精度的显微图像畸变校正,借助数字图像相关法建立标志点三维信息与二维信息的对应关系,研究一种非参数化的畸变校正方法,采用图3所示由光刻法制作的标定板。

微信截图_20201022194626

第1步,设置初始状态。在某一固定的放大倍数下,将标定板水平放置,调整光标十字与标定板中心重合,通过对采集到的图像数据进行拟合获得标定板上特征点的中心坐标。

第2步,计算标定板上特征点的三维坐标值。将世界坐标系的原点建立在标定板的中心,世界坐标系的z轴垂直于标定板平面,x、y轴按右手原则建立,由已知特征点距离获得编码特征点的坐标(x,y)。

第3步,利用仿射变换理论可以确定标定板上编码特征点的三维坐标和图像上坐标之间的对应关系,之后反算出非编码特征点的设计坐标(X,Y)。

式中:为仿射变换旋转矩阵;为仿射变换平移矩阵。

第4步,构建出显微成像系统的畸变模型。经过大量研究表明,显微镜成像时,成像中心的位置畸变最小,通过对中心位置的统计分析,可以获得图像特征点在水平和竖直方向的误差

Δx(xi,yi)和Δy(xi,yi)。

Δx(xiyi)=A0+A1xi+A2yi+A3x3i+A4xiyi+A5y2i+A6x3i+A7x2iyi+A8xiy2i+A9y3i+A10x4i+A11x2iy2i+Ax12xiy+A13x3iyi+A14y4i+A15x5i+A16x1iy4i+A17x4iy1i+A18x3iy2i+A19x2iy3i+A20y5i(2)

Δy(xiyi)=A0+A1xi+A2yi+A3x3i+A4xiyi+A5y2i+A6x3i+A7x2iyi+A8xiy+A9y3i+A10x4i+A11x2iy2i+Ax12xiy+A13x3iyi+A14y4i+A15x5i+A16x1iy+A17x4iy1i+A18x3iy2i+A19x2iy3i+A20y5i(3)

利用足够多的圆形特征点,可以计算出公式(2),(3)中的各个系数,进而可以确定出该畸变系统中任意一个位置的畸变情况。去除掉镜头畸变得到接近真实的图像坐标。

X=Rx[x-Δx(x,y)](4)

Y=yyΔx(xy)(5)

式中:x,Ry为相应的仿射变换矩阵之后利用捆绑调整的算法和单向空间后方交会算法对双目立体相机进行标定得到相机的内外参数完成对整个显微镜的标定




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