專利名稱：二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像失真的校正數(shù)據(jù)生成方法，尤其涉及二維檢流計(jì)式掃描器(中文專業(yè)名詞稱為“振鏡”，一種用于激光束掃描的元件)中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法。

背景技術(shù)：
由于使用二維振鏡系統(tǒng)對激光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)存在以下問題 (1)兩鏡片之間的安裝距離會導(dǎo)致像場一定程度的枕形失真，這是因?yàn)閄鏡片與像場之間的光學(xué)距離與XY鏡片之間的掃描角度大小有關(guān)，掃描角度越大，距離越長； (2)像距與掃描角度本身不成比例，而與掃描角度的正切值成比例，使得激光標(biāo)刻速度與振鏡的角速度不成比例； (3)如果用普通的透鏡來聚焦激光束，焦點(diǎn)是落在球面上的。要落在平場中，光斑大小就會改變。
通過使用F-θ透鏡將激光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，上述三個問題有兩個可以避免 (1)掃描角度與像場對邊的距離可直接成比例； (2)可使焦點(diǎn)落在一個平面上。
但是F-θ透鏡會對像場造成桶形失真，該失真疊加在原來的枕形失真中，就出現(xiàn)了所謂的桶-枕形失真。
圖1中，a為XY鏡片的間距引起的枕行失真；b為F-θ透鏡引起的桶形失真；c為F-θ透鏡引起的桶形失真和XY鏡片的間距引起枕行失真疊加的桶-枕形失真。
針對二維振鏡的固有失真，目前常用的校正方法是利用一種二次曲線校正模型，這種校正方法雖然很快，但不能對非線性失真進(jìn)行校正，且校正精度低。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，將校正前后的坐標(biāo)值代入牛頓插值公式中即可解決二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真問題。這種方法能夠?qū)Ω鞣N失真進(jìn)行精確校正。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于包含設(shè)有(2N+1)2個采樣點(diǎn)的校正模板，N為自然數(shù)，所述方法包括以下步驟 (1)在軟件程序中設(shè)置掃描范圍和校正模板的點(diǎn)數(shù)，所述校正模板上所有采樣點(diǎn)構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)圖形與所述掃描范圍大小一致，根據(jù)所述掃描范圍計(jì)算所述校正模板上每個采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值，將計(jì)算出的采樣點(diǎn)坐標(biāo)值作為校正前的數(shù)據(jù)保存； (2)掃描所述校正模板上的采樣點(diǎn)，通過軟件程序控制移動光束，使光束與校正模板上該采樣點(diǎn)重合，記錄掃描后的采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，作為該采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)； (3)獲得所有采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)； (4)根據(jù)所有采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)，軟件程序?qū)λ胁蓸狱c(diǎn)掃描，使各行、各列相鄰的采樣點(diǎn)形成網(wǎng)格，若所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點(diǎn)不在一條直線上，則重復(fù)步驟(2)，直到所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點(diǎn)在一條直線上為止，保存此時的各采樣點(diǎn)坐標(biāo)值作為相應(yīng)采樣點(diǎn)最終校正后的數(shù)據(jù)。
根據(jù)所有采樣點(diǎn)校正前的數(shù)據(jù)和最終校正后的數(shù)據(jù)，軟件程序可進(jìn)一步生成校正表輸出。
進(jìn)一步地，將所有采樣點(diǎn)校正前的數(shù)據(jù)和最終校正后的數(shù)據(jù)代入牛頓插值公式，獲得采樣點(diǎn)之外所有點(diǎn)的插值數(shù)據(jù)，對失真圖像進(jìn)行校正。
所述步驟(1)中采樣點(diǎn)坐標(biāo)值的計(jì)算方法為若輸入掃描范圍為a*a，校正模板的點(diǎn)數(shù)為n*n，則兩個點(diǎn)之間的間距為b＝a/(n-1)，由之可得中心點(diǎn)和XY方向校正前的坐標(biāo)分別為(0，0)，(0，a/2)，(0，-a/2)，(-a/2，0)，(a/2，0)；根據(jù)前述坐標(biāo)值和兩點(diǎn)的間距b，進(jìn)一步計(jì)算其余n2-5個點(diǎn)校正前的坐標(biāo)值。
優(yōu)選地，所述步驟(2)首先掃描校正模板上的幾何中心采樣點(diǎn)，然后掃描校正模板上四個角(左下角、右下角、左上角和右上角)的采樣點(diǎn)，最后掃描校正模板上的其它采樣點(diǎn)。
所述步驟(2)中采用自動掃描或手動掃描移動光束。
在整個校正過程中，工作臺和模板要求水平放置，模板中心線與振鏡的X、Y分別同軸；校正過程中不要移動激光器、振鏡和工作臺。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下積極效果 (1)本發(fā)明通過校正軟件程序控制移動光束，使軟件程序上的采樣點(diǎn)與校正模板上該采樣點(diǎn)重合，能夠快速獲得校正數(shù)據(jù)，對XY二維振鏡固有失真，F(xiàn)-θ透鏡引起的非線性失真和二維振鏡機(jī)械安裝的誤差進(jìn)行精確校正。
(2)本發(fā)明不需要對振鏡式掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改裝，只需要安裝校正軟件程序配合校正模板即可，具有構(gòu)思巧妙，設(shè)計(jì)合理的特點(diǎn)，適合廣泛推廣應(yīng)用。



圖1為三種失真示意圖；其中，a為XY鏡片的間距引起的枕行失真；b為F-θ透鏡引起的桶形失真；c為F-θ透鏡引起的桶形失真和XY鏡片的間距引起枕行失真疊加的桶-枕形失真。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的校正模板。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的軟件程序界面。

具體實(shí)施例方式 參照附圖，將詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
校正模板上設(shè)有(2N+1)2個采樣點(diǎn)坐標(biāo)小孔，N為自然數(shù)；N值越大，其校正精度越大。為減小視覺誤差，校正模板上的坐標(biāo)小孔直徑應(yīng)盡量和激光的焦斑直徑相等，要求模板上標(biāo)準(zhǔn)圖形大小與所用掃描范圍一樣，例如掃描范圍是110mm*110mm，模板標(biāo)準(zhǔn)圖形范圍也必須是110mm*110mm，在這范圍里平均分布25個點(diǎn)，為5*5網(wǎng)格，校正模板在移動光束過程中作為參考標(biāo)準(zhǔn)。
其中，校正模板需要用高精度的數(shù)控加工中心加工而成或用高精度繪圖儀繪制而成。
如圖2所示，以5*5個采樣點(diǎn)為例，校正模板上有5*5個網(wǎng)格，共有25個精確坐標(biāo)小孔。圖中中央點(diǎn)(幾何中心點(diǎn))為第13坐標(biāo)小孔，左下角為第1坐標(biāo)小孔，右下角為第5坐標(biāo)小孔，左上角為第21坐標(biāo)小孔，右上角為第25坐標(biāo)小孔，依此類推，每行從左到右排序。
校正軟件程序安裝在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，其界面如圖3所示，校正軟件與校正模板上的采樣點(diǎn)是一一對應(yīng)的。通過校正軟件控制光束與校正模板上相應(yīng)小孔完全重合。
本實(shí)施例二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，包括以下步驟 (1)輸入初始數(shù)據(jù)并計(jì)算各采樣點(diǎn)校正前的坐標(biāo)數(shù)據(jù) 在校正軟件的界面上輸入掃描范圍110mm*110mm，校正模板的點(diǎn)數(shù)5*5(系統(tǒng)默認(rèn)的模板點(diǎn)數(shù)是5*5)，如圖3所示。校正模板的標(biāo)準(zhǔn)圖形大小與所用的掃描范圍大小一致，即校正模板的尺寸110mm*110mm。
校正軟件根據(jù)掃描范圍計(jì)算出校正模板上兩個采樣點(diǎn)之間的間距為110/4＝27.5，據(jù)此可得1到25點(diǎn)的坐標(biāo)值如表1所示，將此作為25個采樣點(diǎn)校正前的數(shù)據(jù)，顯示在軟件工作界面上。
表1 (2)掃描校正模板上的采樣點(diǎn)，通過校正軟件控制移動光束，使光束與校正模板上該采樣點(diǎn)重合；記錄掃描后的采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，作為該采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)。
首先掃描校正模板上的幾何中心采樣點(diǎn)，然后掃描校正模板上四個角(左下角、右下角、左上角和右上角)的采樣點(diǎn)，最后掃描校正模板上的其它采樣點(diǎn)。掃描采樣點(diǎn)時，該點(diǎn)的坐標(biāo)值會實(shí)時顯示在軟件工作界面上。
也可以采用其它掃描順序，只要得出所有采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值即可。
掃描步驟具體為 A、選擇校正軟件上的幾何中心采樣點(diǎn)，通過校正軟件打開控制光束，移動校正模板使光束與校正模板上該采樣點(diǎn)基本重合；再使用校正軟件控制移動光束，使光束與校正模板上該采樣點(diǎn)重合；保存掃描后的幾何中心采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，作為該采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)； B、掃描校正模板上四個角(左下角、右下角、左上角和右上角)的采樣點(diǎn)，通過校正軟件控制移動光束，使光束與校正模板上該采樣點(diǎn)重合；保存掃描后的四個角采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，作為該采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)； C、掃描校正模板上的其它采樣點(diǎn)，通過校正軟件控制移動光束，使光束與校正模板上該采樣點(diǎn)重合；保存掃描后的其它采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，作為該采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)。
移動光束的方法可以用手動掃描，也可以用自動掃描。其中自動掃描的方法及其取值裝置參見公開號CN 101219504A專利的詳細(xì)說明。
(3)根據(jù)步驟(2)得到25個采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)，如表2所示 表2 實(shí)踐中根據(jù)具體情況，每次測得的校正后的數(shù)據(jù)會有所不同，上表只是一次具體試驗(yàn)的結(jié)果。
(4)根據(jù)25個采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)，校正軟件對所有采樣點(diǎn)掃描，使各行、各列相鄰的采樣點(diǎn)形成網(wǎng)格，若所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點(diǎn)不在一條直線上，則重復(fù)步驟(2)，直到所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點(diǎn)在一條直線上為止，保存此時的各采樣點(diǎn)坐標(biāo)值作為相應(yīng)采樣點(diǎn)最終校正后的數(shù)據(jù)。
(5)由25個采樣點(diǎn)校正前的數(shù)據(jù)和最終校正后的數(shù)據(jù)，校正軟件生成校正表輸出。校正表如表3所示。
將校正前后的坐標(biāo)值代入牛頓插值公式中即可解決二維檢流計(jì)式掃描器中的圖像失真問題。
表3
本發(fā)明的輸入初始數(shù)據(jù)還可以是其它，如掃描范圍為1000mm*1000mm，校正模板的點(diǎn)數(shù)5*5，此時兩個采樣點(diǎn)之間的間距為1000/4＝250，依此計(jì)算得出每個采樣點(diǎn)的校正前坐標(biāo)值。模板標(biāo)準(zhǔn)圖形范圍大小也必須是1000mm*1000mm，在這范圍里平均分布25個點(diǎn)，為5*5網(wǎng)格，保證25個采樣點(diǎn)構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)圖形大小和所述掃描范圍一致。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于包含設(shè)有(2N+1)2個采樣點(diǎn)的校正模板，N為自然數(shù)，所述方法包括以下步驟
(1)在軟件程序中設(shè)置掃描范圍和校正模板的點(diǎn)數(shù)，所述校正模板上所有采樣點(diǎn)構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)圖形與所述掃描范圍大小一致，根據(jù)所述掃描范圍計(jì)算所述校正模板上每個采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值，將計(jì)算出的采樣點(diǎn)坐標(biāo)值作為校正前的數(shù)據(jù)保存；
(2)掃描所述校正模板上的采樣點(diǎn)，通過軟件程序控制移動光束，使光束與校正模板上該采樣點(diǎn)重合，記錄掃描后的采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，作為該采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)；
(3)獲得所有采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)；
(4)根據(jù)所有采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)，軟件程序?qū)λ胁蓸狱c(diǎn)掃描，使各行、各列相鄰的采樣點(diǎn)形成網(wǎng)格，若所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點(diǎn)不在一條直線上，則重復(fù)步驟(2)，直到所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點(diǎn)在一條直線上為止，保存此時的各采樣點(diǎn)坐標(biāo)值作為相應(yīng)采樣點(diǎn)最終校正后的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于根據(jù)所有采樣點(diǎn)校正前的數(shù)據(jù)和最終校正后的數(shù)據(jù)，軟件程序生成校正表輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于將所有采樣點(diǎn)校正前的數(shù)據(jù)和最終校正后的數(shù)據(jù)代入牛頓插值公式，獲得采樣點(diǎn)之外所有點(diǎn)的插值數(shù)據(jù)，對失真圖像進(jìn)行校正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于所述校正模板上設(shè)有5*5個采樣點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于，所述步驟(1)中采樣點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法為若輸入掃描范圍為a*a，校正模板的點(diǎn)數(shù)為n*n，則兩個點(diǎn)之間的間距為b＝a/(n-1)，由之可得中心點(diǎn)和XY方向校正前的坐標(biāo)值分別為(0，0)，(0，a/2)，(0，-a/2)，(-a/2，0)，(a/2，0)；根據(jù)前述坐標(biāo)和兩點(diǎn)的間距b，進(jìn)一步計(jì)算其余n2-5個點(diǎn)校正前的坐標(biāo)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于所述步驟(2)中采用自動掃描或手動掃描移動光束。
全文摘要
本發(fā)明涉及二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，包含設(shè)有(2N+1)2個采樣點(diǎn)的校正模板，N為自然數(shù)，所述方法包括以下步驟(1)在軟件程序中設(shè)置掃描范圍和校正模板的點(diǎn)數(shù)，所述校正模板上所有采樣點(diǎn)構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)圖形與所述掃描范圍大小一致，根據(jù)所述掃描范圍計(jì)算所述校正模板上每個采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值，將計(jì)算出的采樣點(diǎn)坐標(biāo)值作為校正前的數(shù)據(jù)保存；(2)掃描所述校正模板上的采樣點(diǎn)，通過軟件程序控制移動光束，使光束與校正模板上該采樣點(diǎn)重合，記錄掃描后的采樣點(diǎn)坐標(biāo)值，作為該采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)；(3)獲得所有采樣點(diǎn)校正后的數(shù)據(jù)。將校正前后的坐標(biāo)值代入牛頓插值公式中即可解決二維檢流計(jì)式掃描器中圖像失真問題。
文檔編號H04N1/387GK101815156SQ20101015401
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者鄭明春 申請人:北京世紀(jì)桑尼科技有限公司