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为验证本文中所提出的面形检测方法的正确性,使用MATLAB仿真面形发生变化时用该方法检测的结果。仿真镜面面形方程中X和Y的取值在1pixel~20pixel范围内,以步长为1取值,z=20cosY, 如图 3所示。
图 4a是沿X方向的法线偏差分布图,图 4b是沿Y方向的法线偏差分布图,图 4c是沿Z方向的法线偏差分布图。
Figure 4. a—normal deviation distribution of X direction b—normal deviation distribution of Y direction c—normal deviation distribution of Z direction
表 1和表 2中分别给出了镜面中3个不同位置被测点的理论法线向量和实际法线向量,得出理论法线向量和实际法线向量的差值均值在1mrad以内。
theoretical normal vector results X direction/rad Y direction/rad Z direction/rad position 1 1.5708 0.3523 1.9231 position 2 1.5708 2.8432 1.8692 position 3 1.5708 2.9259 1.7865 Table 1. Theoretical normal vector results
actual normal vector results X direction/rad Y direction/rad Z direction/rad position 1 1.5711 0.3528 1.9235 position 2 1.5711 2.8441 1.8701 position 3 1.5713 2.9267 1.7874 Table 2. Actual normal vector results
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待测玻璃面板为三星某型号手机玻璃面板,屏幕尺寸为160mm×80mm,投影光屏尺寸为400mm×250mm。实验中相机型号为CatchBest UC320C,分辨率为2048pixel×1536pixel,相元尺寸为3.2μm×3.2μm, 综合考虑视场大小和光屏到被测物的距离,相机采用焦距为25mm的镜头。使用的相机均已经通过MATLAB相机标定工具箱严格标定出内参量,其中焦距为25.63mm,主点坐标为(3.15pixel, 3.09pixel), 2阶径向畸变系数为0.07,4阶径向畸变系数为-2.3,畸变模型为Brown畸变。可通过校准相机参量误差,提高条纹反射系统的测量精度[21]。摄影测量系统采用V-STAR动态摄影测量系统。搭建如图 5所示的实验系统图。
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测量是在暗室环境下进行的,采集图像之前需要调节相机的曝光时间,使得到的图像不仅具有高对比度而且不会过饱和。图 6a和图 6b为测量相机拍摄的经被测镜反射后的横、竖条纹图像。
对手机玻璃面板在一天内重复测量7次,测量间隔为10min。图 7为其中一次的测量结果。其中图 7a表示的是沿方向的法线偏差分布图,图 7b表示的是沿Y方向的法线偏差分布图,图 7c表示的是沿Z方向的法线偏差分布图。
Figure 7. a—normal deviation distribution in X direction b—normal deviation distribution in Y direction c—normal deviation distribution in Z direction
表 3中给出了被测面上某一个点沿X方向、Y方向、Z方向法线偏差的7次测量结果。表 4中给出被测镜面在X方向、Y方向、Z方向法线偏差的7次测量结果的标准差。
number of measurements normal deviation of X direction/mrad normal deviation of Y direction/mrad normal deviation of Z direction/mrad 1 0.0886 0.0127 0.0126 2 0.0877 0.0126 0.0126 3 0.0869 0.0123 0.0126 4 0.0844 0.0126 0.0126 5 0.0861 0.0126 0.0125 6 0.0853 0.0127 0.0126 7 0.0847 0.0125 0.0128 standard deviation 0.0016 0.0001 0.0001 Table 3. Seven measurements at the same point
由表 3可知, 被测镜面同一点7次重复测量沿X方向、Y方向、Z方向的法线偏差的标准差为0.0016mrad, 0.0001mrad, 0.0001mrad。表 4表明, 7次测量,沿着X方向、Y方向、Z方向的总体法线偏差均在1mrad内,证明测量方案可靠性高。
results of seven measurements standard deviation of normal deviation of X/mrad standard deviation of normal deviation of Y/mrad standard deviation of normal deviation of Z/mard maximum 0.9899 0.9507 0.8978 minimum 0.8121 0.9182 0.8642 average 0.9112 0.9365 0.8835 Table 4. Standard deviation of the spell deviation