振镜系统校正表构建方法、构建系统及振镜系统校正方法

摘要

本发明属于振镜校正领域，公开一种振镜系统校正表构建方法、构建系统及振镜系统校正方法，包括：在具有网点阵列的像纸上覆盖胶片，确定胶片各网格点与网点阵列中各网点的对应关系；在胶片上部采集图像，将胶片图像转换为正视图像并对正视图像处理得到分离的胶片网格点图像和像纸网点阵列图像；根据胶片网格中每相邻两点的实际距离与在网格点图像中所对应的像素距离之间的关系以及由对应关系所确定的该相邻两点在网点阵列图像中对应的另外两点之间的像素距离，反推该另外两点在像纸中实际距离，确定每个网点实际坐标，得到各网点坐标偏移量，拟合出校正表。本发明采用胶片作为精密测量工具，实现简单方便的图像采集并可远程实现振镜校正，成本低。

说明书

技术领域

本发明属于振镜校正领域，更具体地，涉及振镜系统校正表构建方法、构建系统及振镜系统校正方法。

背景技术

在激光标刻系统中，一般是应用扫描振镜系统来实现对激光光路的控制，从而在打标幅面上标刻需要的文字或图形。扫描振镜的优势在于它具有高精度、高速度等特点，但由于扫描振镜的结构以及工作特性的原因，其打标出的图形存在着失真的问题，需要在进行激光加工前对其进行校正。

目前传统的振镜校正方法在之前的人工测量取样点的方法上有了改善，包括利用成像系统来对打标的指定网格阵列进行取像，利用图像处理的方法来得到网格坐标的位置，从而计算校正参数；或是利用多轴复合移动平台，将打标出的网格阵列进行一个移动，从而得到网格距离与实际距离的一个对应关系，从而计算校正参数。

然而，这些方法不仅存在成像系统本身需要进行标定的环节，若标定效果不好，对校正效果也会有较大影响。同时，还有着成本的问题，需要达到更高的精度就需要更精密的成像系统以及更精密的移动平台，这些对激光标刻整个系统的成本而言都是影响极大的。

发明内容

本发明提供一种振镜系统校正表构建方法、构建系统及振镜系统校正方法，用以解决现有振镜系统校正方法中所采用的校正参数构建存在构建成本高的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种振镜系统校正表构建方法，包括：

在具有由待校正振镜系统所打标出的网点阵列的像纸上覆盖具有网格的胶片，根据覆盖位置确定胶片各网格点与网点阵列中各网点的对应关系；

在所述胶片的上部采集胶片图像，将所述胶片图像转换为正视图像，并对所述正视图像预处理得到分离的胶片网格点图像和像纸网点阵列图像；

根据胶片网格中每相邻两点的实际距离与在胶片网格点图像中所对应的像素距离之间的函数关系以及由所述对应关系所确定的该相邻两点在像纸网点阵列图像中对应的另外两点之间的像素距离，反推该另外两点在像纸中的实际距离；

根据像纸中网点阵列参考零点以及所述实际距离，确定每个网点的实际坐标，并根据所述网点阵列的理论坐标，确定各网点坐标偏移量；根据各网点的坐标偏移量，拟合出所述网点阵列所占校正幅面大小下的校正表。

本发明的有益效果是：本发明振镜系统校正表构建方法采用胶片蒙板，其充当精密测量工具的功能，基于其精密的网格尺寸，来推导像纸中各相邻网点之间的实际距离，以便基于该实际距离确定网点阵列中各网点的实际位置坐标，进而在已知理论网点的位置坐标下得到各网点的实际位置偏移量，能够保证一定精度。整个构建过程不需要人工测量，不存在人工测量误差，另外，由于基于网点和网格点之间的对应关系以及后续强大的图像处理能力，对成像系统以及移动平台要求不高，成本低。另外，整个构建过程只需要具有待校正振镜系统打标出的网格阵列，即可远程完成校正表构建工作，无需开发人员现场维护，远程进行操作得到校正表。因此本发明有效解决了本申请要解决的技术问题，且适用于市面上大部分激光振镜设备。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述网点阵列根据所述待校正振镜系统实际所需打标幅面确定。

本发明的进一步有益效果是：在构建校正表时选取网点阵列的校正幅面大小应考虑实际振镜系统打标工作中所需打印幅面大小，以保证在振镜系统实际打标工作时基于该校正表解析并打标出网点阵列更接近理论网点阵列，提高打标的准确性和可靠性。

进一步，所述参考零点为所述网点阵列的中心网点，其中，所述网点阵列的每行有奇数个网点。

本发明的进一步有益效果是：网点阵列的每行有奇数个网点以便于确定网点阵列的中心网点，进而方便准确地确定网点阵列中各网点的实际位置坐标。

进一步，所述函数关系为比值关系。

本发明的进一步有益效果是：利用比值关系，在保证反推精度的同时简化计算过程。

进一步，所述将所述胶片图像转换为正视图像，具体为：

当采集的胶片图像为一张时，将该张胶片图像通过射影变换转换为一张正视图像；

当采集的胶片图像有多张时，将多张所述胶片图像通过张氏标定法进行标定，得到一张标定后的正视图像。

进一步，所述预处理包括图像灰度变换、阈值分割和图像分割。

进一步，所述根据各网点的坐标偏移量，拟合出所述网点阵列所占校正幅面大小下的校正表，具体为：

采用曲面拟合法，基于网点阵列中每行各网点的坐标偏移量，拟合各行多个打标点的坐标偏移量，得到由各打标点坐标及其对应的坐标偏移量构成的校正表；或者，

采用角点逼近法，利用待求解打标点所在网格的四周网点坐标偏移量，计算该打标点的坐标偏移量，得到由各待求解打标点坐标及其对应的坐标偏移量构成的校正表。

本发明的进一步有益效果是：曲面拟合法适用于对校正幅面之外仍有一定校正需求情况，也就是说，在实际振镜系统打标工作中实际需要打标的幅面稍微大于在校正表构建中所采用的网点阵列的校正幅面的情况，这种方法虽然个别点存在误差偏大情况，但整体误差较好。而角点逼近法在校正幅面(在校正表构建中所采用的网点阵列的校正幅面)内误差更小，精度更高，但当实际振镜系统打标工作中实际需要打标的幅面大于在校正表构建中所采用的网点阵列的校正幅面时，对在校正表构建中所采用的网点阵列的校正幅面外部分偏差较大。因此本发明提供了两种拟合方法，可根据实际需求，灵活选取，保证校正精度。

本发明还提供一种振镜系统校正表构建系统，包括：

图像采集模块，用于在胶片的上部采集胶片图像，其中具有网格的所述胶片覆盖在具有由待校正的目标振镜系统所打标出的网点阵列的像纸上；

数据处理器，用于将所述胶片图像转换为正视图像，并对所述正视图像预处理得到分离的胶片网格点图像和像纸网点阵列图像；根据胶片网格中每相邻两点的实际距离与在胶片网格点图像中所对应的像素距离之间的函数关系以及由所述对应关系所确定的该相邻两点在像纸网点阵列图像中对应的另外两点之间的像素距离，反推该另外两点在像纸中的实际距离；根据像纸中网点阵列参考零点以及所述实际距离，确定每个网点的实际坐标，并根据所述网点阵列的理论坐标，确定各网点坐标偏移量；根据各网点的坐标偏移量，拟合出所述网点阵列所占校正幅面大小下的校正表。

本发明的有益效果是：本发明振镜系统校正表构建系统采用胶片蒙板，其充当精密测量工具的功能，基于其精密的网格尺寸，来推导像纸中各相邻网点之间的实际距离，以便基于该实际距离确定网点阵列中各网点的实际位置坐标，进而在已知理论网点的位置坐标下得到各网点的实际位置偏移量，能够保证一定精度。整个构建过程不需要人工测量，不存在人工测量误差，另外，由于基于网点和网格点之间的对应关系以及后续强大的图像处理能力，对成像系统以及移动平台要求不高，成本低。另外，数据处理核心部分可在远程服务器端，开发人员无须现场维护，用户可以远程进行操作得到校正表。因此本发明有效解决了本申请要解决的技术问题，且适用于市面上大部分激光振镜设备。

进一步，所述根据各网点的坐标偏移量，拟合出所述网点阵列所占校正幅面大小下的校正表，具体为：

采用曲面拟合法，基于网点阵列中每行各网点的坐标偏移量，拟合各行多个打标点的坐标偏移量，得到由各打标点坐标及其对应的坐标偏移量构成的校正表；或者，采用角点逼近法，利用待求解打标点所在网格的四周网点坐标偏移量，计算该打标点的坐标偏移量，得到由各待求解打标点坐标及其对应的坐标偏移量构成的校正表。

本发明还提供一种振镜系统校正方法，包括：

采用如上所述的一种振镜系统校正表构建方法构建待校正振镜系统的校正表；

基于预打标的理论网点阵列坐标，通过解析所述校正表，得到实际需要打标的网点阵列坐标，完成待校正振镜系统的校正。

本发明的有益效果是：采用上述的一种振镜系统校正表构建方法构建待校正振镜系统的校正表，保证了振镜系统校正的精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种振镜系统校正表构建方法流程框图；

图2为本发明实施例提供的胶片蒙板示意图；

图3为本发明实施例提供的胶片蒙板覆盖在具有网点阵列的像纸上的图像示意图；

图4为本发明实施例提供的振镜系统校正表构建方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的图像处理流程示意图；

图6为本发明实施例提供的角点逼近方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

一种振镜系统校正表构建方法，如图1所示，包括：

在具有由待校正振镜系统所打标出的网点阵列的像纸上覆盖具有网格的胶片，根据覆盖位置确定胶片各网格点与网点阵列中各网点的对应关系；

在胶片的上部采集胶片图像，将胶片图像转换为正视图像，并对正视图像预处理得到分离的胶片网格点图像和像纸网点阵列图像；

根据胶片网格中每相邻两点的实际距离与在胶片网格点图像中所对应的像素距离之间的函数关系以及由上述对应关系所确定的该相邻两点在像纸网点阵列图像中对应的另外两点之间的像素距离，反推该另外两点在像纸中的实际距离；

根据像纸中网点阵列参考零点以及上述实际距离，确定每个网点的实际坐标，并根据网点阵列的理论坐标，确定各网点坐标偏移量；根据各网点的坐标偏移量，拟合出网点阵列所占校正幅面大小下的校正表。

该振镜系统校正表构建方法将导出一种通用校正表文件，不同公司的激光加工程序可通过解析此校正表来获取该振镜系统当前校正信息。例如，校正表信息可如下：

rate_x,rate_y,change_xy,change_x,change_y

0,0,dx,dy

0,1,dx,dy

0,2,dx,dy

……

0,63,dx,dy

0,64,dx,dy

1,0,dx,dy

1,1,dx,dy

……

64,63,dx,dy

64,64,dx,dy

该校正表对应的是将振镜坐标系分为65*65个等间距的网点。其中首行为标刻坐标系和世界坐标系的比例关系，其中，rate_x，rate_y分别为x,y方向比例系数，即实际距离/标刻单位(标刻单位范围为0-65536)；change_xy、change_x、change_y分别代表x轴y轴同时反向、x轴反向、y轴反向的参数。后续每行表示网格点的偏移量，前两个参数表示网格坐标，后两个参数表示当前网格的校正偏移量，dx表示标刻坐标系X轴的校正偏移量，dy表示标刻坐标系Y轴方向的校正偏移量。

又例如，胶片蒙板如图2所示，为网格点数、网格点间隔、线宽已知的网格阵列。胶片蒙板覆盖像纸后，如图3所示，规格为15*15的网格阵列，其中网格点之间间隔为8mm，中心网格点标注有箭头来进行方向辨识。

校正表构建流程如图4所示，包括：S1打标网点阵列、S2胶片覆盖拍摄、S3上传图像、S4图像处理模块、S5输出校正表。需要说明的是，S1、S2、S3可在客户端进行操作，S4、S5可在远程服务器端进行，S5输出校正表后返回给客户端，客户端激光程序通过解析校正表即完成振镜校正，因而可实现远程校正表构建。

需要说明的是，对于上述S2，将胶片覆盖在S1打标的网点阵列像纸上，中心网点坐标与胶片中心尽量重合，如图2所示，需要注意的是，胶片无须完全对齐，即网点特征点、线与胶片的十字线无需完全重合，只需要能确定胶片中各网格点与网点阵列中各网点之间的就近对应关系，因为后续图像处理时会根据该对应关系进行反推计算所打印出的网点阵列中各相邻两点之间的实际距离，可操作性强。

另外，上述S2中，利用手机或者相机等成像系统从胶片的上部向下进行拍摄，无须完全垂直，可选择不同角度拍摄多次，因为后续能够对图像进行正视图转换，这样的图像采集具有低要求特点，能够降低成本，可操作性强，可靠性高。

本实施例振镜系统校正表构建方法采用胶片蒙板，其充当精密测量工具的功能，能够保证一定精度；不需要人工测量，不存在人工测量误差，也无需专用的成像系统以及移动平台，只需要具有待校正振镜系统打标出的网格阵列，即可远程完成校正表构建工作，成本低，操作方便，适用于市面上大部分激光振镜设备。

优选的，网点阵列根据待校正振镜系统实际所需打标幅面确定。

例如，在上述S1，待校正振镜系统控制激光束在像纸上打标出15*15的网点阵列，需要注意的是网点阵列15*15是可以修改的，可以根据所需校正幅面进行设置大小；另外由于需要对网点阵列进行识别，需要保证网点坐标不能太密集，同时需要将单边网点个数设置为奇数，易于找中心点。

优选的，上述函数关系为比值关系。

优选的，上述将胶片图像转换为正视图像，具体为：

当采集的胶片图像为一张时，将该张胶片图像通过射影变换转换为一张正视图像；

当采集的胶片图像有多张时，将多张所述胶片图像通过张氏标定法进行标定，得到一张标定后的正视图像。

对于上述S3，上传拍摄图像。服务器端可通过判别上传图像为单图或多图采用不同方法进行图像变换，具体流程如图5所示(也就是上述S4具体步骤中的一部分)：对于单图，将拍摄的胶片图像通过射影变换转换为正视图像，需要注意的是计算射影矩阵需要转换前后的对应点坐标(N>＝4)，可选最外围的网格角点作为匹配点；对于多图，将拍摄的多幅胶片图像通过张氏标定法进行标定，步骤包括提取角点信息、求解单应性矩阵、估算理想情况内外参、迭代提高精度。通过标定矩阵变换最终得到标定后的正视图像。

优选的，上述预处理包括图像灰度变换、阈值分割和图像分割。这是比较通用的图像预处理方法，最终目的得到分离的胶片网格点图像和像纸网点阵列图像。

优选的，上述根据各网点的坐标偏移量，拟合出网点阵列所占校正幅面大小下的校正表，具体为：

采用曲面拟合法，基于网点阵列中每行各网点的坐标偏移量，拟合各行多个打标点的坐标偏移量，得到由各打标点坐标及其对应的坐标偏移量构成的校正表；或者，

采用角点逼近法，利用待求解打标点所在网格的四周网点坐标偏移量，计算该打标点的坐标偏移量，得到由各待求解打标点坐标及其对应的坐标偏移量构成的校正表。

如图5所示(也就是上述S4具体步骤中的另一部分)，S44：对分离出的胶片网格点图像中的网格点和像纸网点阵列图像中的网点进行像素坐标识别定位，利用胶片中(也就是胶片网格点图像中)每相邻两个网格点之间的mm坐标距离(一般每个网格的各条边长相等)，在此实施例中为8mm，以及识别定位的该相邻两个网格点的像素距离，进行比值计算，通过比值即可根据上述的对应关系反推计算像纸网点阵列图像中对应两网点之间的实际距离。

需要注意的是，胶片图像带箭头的十字线中心可作为各位置坐标参考零点，确认对应在网点阵列中的参考零点，结合反推计算出的像纸网点阵列图像中各两网点之间的实际距离，得到网点阵列中各网点的位置坐标。需要说明的是，像纸网点阵列图像中的网点阵列与开始振镜系统打标出的网点阵列相同。

在得到各网点位置坐标后，如图5，S45：根据校正需求可选取两种校正方法，曲面拟合法、角点逼近法。

具体的，曲面拟合法采用三阶阶曲面拟合公式，利用网点距离偏差值与理论网点坐标位置对参数进行求解。

运用多项式对于网点在x方向上的偏差与y方向上的偏差分别对全校正幅面做最小二乘拟合，以求出的逼近多项式来代替曲面方程，以便于对全幅面的偏差进行补偿，本实例采用最小二乘拟合的多项式为三阶多项式，其一般表达式为：

F(x,y)＝a

通过拟合后的偏差补偿曲面方程，再求取所述校正表中各个校正点的偏差值，写入校正表，即完成整个过程。

曲面拟合法适用于对校正幅面之外仍有一定校正需求情况，也就是说，在实际振镜系统打标工作中实际需要打标的幅面稍微大于在校正表构建中所采用的网点阵列的校正幅面的情况，这种方法虽然个别点存在误差偏大情况，但整体误差较好。实际上，在构建校正表时选取网点阵列的校正幅面大小应考虑实际振镜系统打标工作中所需打印幅面大小。

角点逼近法采取利用待校正幅面中网格四周网点偏差值计算该网格内部网点偏差值的方法，分别对待求取网点进行偏差计算，如图6所示：

(x,y)为网格内部网点，网格四周网点分别对应图5所示0、1、2、3号网点，偏差计算公式为：

下方两点x方向偏差为：

上方两点x方向偏差为：

中间点x方向偏差为：

同理可求得y方向偏差E(y)。

用此方法可求得待构建校正表中各个校正点的偏差值，写入校正表，即完成整个过程。

角点逼近法在校正幅面(在校正表构建中所采用的网点阵列的校正幅面)内误差更小，精度更高，但当实际振镜系统打标工作中实际需要打标的幅面大于在校正表构建中所采用的网点阵列的校正幅面时，对在校正表构建中所采用的网点阵列的校正幅面外部分偏差较大。

如图5中的S46，上述两种校正方法均可输出校正表文件，导出此校正表文件后远程服务器端即完成一次校正工作。

综上，本实施例可包括以下几个步骤：利用待校正振镜标刻网点阵列图像，将胶片蒙板覆盖在网点阵列图像上；对网点覆盖胶片图像进行拍摄并上传至服务器端；根据胶片图像信息，采用合适方法对图像进行图像变换和预处理，对其进行特征点的识别定位；采用曲面拟合或角点逼近的方法对特征点位置坐标进行计算，得到校正表信息并返回至客户端，完成校正工作。本方法采用胶片作为一种精密测量工具，利用胶片的特性实现了简单方便的图像采集工作，并利用云平台的优势远程实现振镜校正工作，不仅极大的节约了成本，还实现了方便快捷的振镜校正工作。

实施例二

一种振镜系统校正表构建系统，包括：

图像采集模块，用于在胶片的上部采集胶片图像，其中具有网格的所述胶片覆盖在具有由待校正的目标振镜系统所打标出的网点阵列的像纸上；

数据处理器，用于将所述胶片图像转换为正视图像，并对所述正视图像预处理得到分离的胶片网格点图像和像纸网点阵列图像；根据胶片网格中每相邻两点的实际距离与在胶片网格点图像中所对应的像素距离之间的函数关系以及由所述对应关系所确定的该相邻两点在像纸网点阵列图像中对应的另外两点之间的像素距离，反推该另外两点在像纸中的实际距离；根据像纸中网点阵列参考零点以及所述实际距离，确定每个网点的实际坐标，并根据所述网点阵列的理论坐标，确定各网点坐标偏移量；根据各网点的坐标偏移量，拟合出所述网点阵列所占校正幅面大小下的校正表。

相关技术方案以及技术特征说明同实施例一，在此不再赘述。

本实施例存在以下有益效果：首先，成本低，无需购买昂贵的辅助测量设备，只需要一张刻度胶片以及普通成像系统例如手机即可；远程操作，数据处理核心部分可在远程服务器端，开发人员无须现场维护，用户可以远程进行操作得到校正表；精度高，对于不同校正模型以及校正需求，采用不同图像处理以及计算方法，能够保证所需精度；操作方便，用户只需拍照上传胶片图像，即可得到校正表。

实施例三

一种振镜系统校正方法，包括：

采用如实施例一所述的一种振镜系统校正表构建方法构建待校正振镜系统的校正表；基于预打标的理论网点阵列坐标，通过解析校正表，得到实际需要打标的网点阵列坐标，完成待校正振镜系统的校正。

例如，实施例一中，客户端激光程序接收构建好的校正表文件，解析此校正表文件即完成振镜校正。

具体的，振镜系统在打标加工中通过先读取校正表文件，对于每个需要标刻的点进行偏差补偿，位于校正表网点上的点直接通过查表可知偏差值，位于校正表网点之间的点通过网点逼近算法计算出对应的偏差值，如S45和图6所示，在计算得到偏差值之后对每个需要标刻的点进行补偿，这样便完成了激光振镜的校正工作。

本发明提供了一种远程激光振镜校正方法，可以远程对激光扫描振镜进行校正，不存在人工测量误差，成本低，只需要胶片蒙板作为测量工具，能够保证一定精度，同时操作方便，适用于市面上大部分激光振镜设备。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。