[发明专利]一种基于图像模糊度的平面倾斜度测量方法

摘要

本发明公开了一种基于图像模糊度的平面倾斜度测量方法，其在升降载物台上放置被测物体，在被测物体上放置阵列有实心圆点的标定板；然后采集多幅标定板图像，划定最大矩形区域作为测量参考区域，找出测量参考区域中的每个实心圆点的中心；接着建立三维坐标系；之后得到所有测量参考区域中位于同一行同一列的所有实心圆点的中心在X轴和Y轴方向的坐标位置及所有实心圆点中的最清晰实心圆点的中心在Z轴方向的坐标位置；再得到三维散点；最后得到被测物体沿X轴方向和沿Y轴方向各自的倾斜角；优点是通过获取三维散点的三维坐标，拟合得到空间平面方程，再计算出被测物体的上表面在两个方向的倾斜角，测量过程简单，测量效率高。

主权项

一种基于图像模糊度的平面倾斜度测量方法，其特征在于包括以下步骤：①将上表面和下表面均为平面的被测物体放置于光学显微镜的升降载物台上；然后在被测物体的上表面上放置一块上表面上阵列有实心圆点的标定板作为测量样本，其中，标定板的下表面与被测物体的上表面面接触，实心圆点的直径为d毫米，相邻两个实心圆点的中心之间的间距为e毫米，d<e；②控制光学显微镜的升降载物台上升和下降，在光学显微镜的目镜观察到的标定板图像最清晰时控制光学显微镜的升降载物台停止升降；然后以Δz微米为步长控制光学显微镜的升降载物台上升M次后停止上升，此时光学显微镜的升降载物台已上升Δz×M微米，其中，M为正整数；接着以Δz微米为步长控制光学显微镜的升降载物台下降N次后停止下降，并在每次下降后采集一幅光学显微镜的目镜观察到的标定板图像，共采集得到N幅标定板图像，其中，N为正整数，N∈[2M‑3,2M+3]；③在每幅标定板图像中划定一个最大矩形区域作为测量参考区域，所有标定板图像中的测量参考区域的尺寸大小相同，所有标定板图像中的测量参考区域中包含的实心圆点的总个数相同，且每幅标定板图像中的测量参考区域中的实心圆点为完整的实心圆点，每幅标定板图像中的测量参考区域的每条边缘与该幅标定板图像对应的图像边界的距离至少为毫米；④找出每幅标定板图像中的测量参考区域中的每个实心圆点的中心；⑤按序叠放所有标定板图像，并使所有标定板图像中的测量参考区域对齐；然后建立三维坐标系，三维坐标系的原点为第一幅标定板图像中的测量参考区域中的左上角的实心圆点的中心，三维坐标系的X轴的正方向为指向第一幅标定板图像中的测量参考区域中与左上角的实心圆点相邻的一个实心圆点的中心的方向，三维坐标系的Y轴的正方向为指向第一幅标定板图像中的测量参考区域中与左上角的实心圆点相邻的另一个实心圆点的中心的方向，三维坐标系的Z轴的正方向为指向与其他标定板图像垂直的方向，则将采集第k幅标定板图像时光学显微镜的升降载物台的高度位置确定为(k‑1)×Δz；⑥计算N幅标定板图像中的测量参考区域中位于同一行同一列的所有实心圆点的中心在三维坐标系下的X轴方向的坐标位置和Y轴方向的坐标位置，将N幅标定板图像中的测量参考区域中位于第i行第j列的所有实心圆点的中心在三维坐标系下的X轴方向的坐标位置和Y轴方向的坐标位置对应记为x_i,j和y_i,j，x_i,j＝(i‑1)×e，y_i,j＝(j‑1)×e，其中，i为正整数，i的初始值为1，1≤i≤W，j为正整数，j的初始值为1，1≤j≤H，W表示每幅标定板图像中的测量参考区域中在宽度方向上包含的实心圆点的总个数，H表示每幅标定板图像中的测量参考区域中在高度方向上包含的实心圆点的总个数，即每幅标定板图像中的测量参考区域中包含的实心圆点的总个数为W×H，W和H均为正整数；⑦计算N幅标定板图像中的测量参考区域中位于同一行同一列的所有实心圆点中的最清晰实心圆点的中心在三维坐标系下的Z轴方向的坐标位置，将N幅标定板图像中的测量参考区域中位于第i行第j列的所有实心圆点中的最清晰实心圆点的中心在三维坐标系下的Z轴方向的坐标位置记为z_i,j，z_i,j的获取过程为：⑦‑1、以每幅标定板图像中的测量参考区域中位于第i行第j列的实心圆点的中心为圆心，并以r个像素点为半径，划定圆形区域作为模糊度评价区域，其中，r的取值要求使得模糊度评价区域内仅包含该实心圆点；⑦‑2、利用Tenengrad函数，计算每幅标定板图像中的测量参考区域中位于第i行第j列的实心圆点对应的模糊度评价区域的Tenengrad函数值，N个实心圆点共对应N个Tenengrad函数值，将第k个Tenengrad函数值记为G_k，其中，k为正整数，k的初始值为1，1≤k≤N；⑦‑3、将采集每幅标定板图像时光学显微镜的升降载物台的高度位置与对应的Tenengrad函数值组成数据对，将采集第k幅标定板图像时光学显微镜的升降载物台的高度位置与G_k组成的数据对记为((k‑1)×Δz,G_k)；然后利用二次多项式曲线拟合函数，对N个数据对进行二次曲线拟合，得到相应的二次曲线；⑦‑4、计算相应的二次曲线中的极值点的横坐标；⑦‑5、将相应的二次曲线中的极值点的横坐标作为N幅标定板图像中的测量参考区域中位于第i行第j列的所有实心圆点中的最清晰实心圆点的中心在三维坐标系下的Z轴方向的坐标位置，而得到的在三维坐标系下的Z轴方向的坐标位置对应的实心圆心即为最清晰实心圆点；⑧将N幅标定板图像中的测量参考区域中位于同一行同一列的所有实心圆点的中心在三维坐标系下的X轴方向的坐标位置和Y轴方向的坐标位置及位于同一行同一列的所有实心圆点中的最清晰实心圆点的中心在三维坐标系下的Z轴方向的坐标位置对应的一个点作为一个三维散点，共得到W×H个三维散点，x_i,j、y_i,j及z_i,j对应的三维散点的三维坐标为(x_i,j,y_i,j,z_i,j)；然后利用平面拟合函数，对得到的W×H个三维散点进行平面拟合，得到相应的空间平面方程z＝b₁+b₂x+b₃y，其中，z表示空间平面上的点在Z轴方向的坐标位置，x表示空间平面上的点在X轴方向的坐标位置，y表示空间平面上的点在Y轴方向的坐标位置，b₁、b₂和b₃均为系数；⑨计算被测物体的上表面沿三维坐标系下的X轴方向的倾斜角和沿三维坐标系下的Y轴方向的倾斜角，对应记为θ₁和θ₂，θ₁＝tan^‑1(1/b₂)，θ₂＝tan^‑1(1/b₃)，其中，tan^‑1()为求反正切函数。