基于LabVIEW和IMAQVision软件平台的轴平行性测量

　　复杂武器系统各部分的相对安装位置一般用轴在方位和俯仰方向的平行性偏差来描述。轴位偏差影响系统测控、跟踪、发射的精度及其它指标测量结果的正确性,因此轴的平行性校准是制造和检测中具有普遍性的问题[1-2]。

　　光轴的平行性测量研究最为广泛,传统的光轴平行性测量采用目视判读法,受人为和环境因素影响较大。以CCD成像器件替代人眼的图像处理法,不仅提高了光轴平行性测量精度,也适用于各工作谱段的光学系统。常用的处理算法是质心法[2-4],它的精度较低,测量结果受外界条件如振动、背景变化的影响。通过灰度插值[5]、Hough变换及形态学边界检测等[6]处理,对确定光斑定位的精度有所改善,但缺乏普适性和环境抗噪能力。

　　本文研究了基于图像处理的激光轴与光学瞄准系统光轴平行性的测量方法,并推广应用到机械轴与光轴的平行性测量和校准中。基于LabVIEW和IMAQVision软件平台构建了机器视觉测量系统,对高斯分布和光能分布起伏较大的不规则光斑,定位精度高,有更强的环境适应性。

　　1 基于LabVIEW和IMAQVision软件平台的轴平行性测量

　　1.1 关于LabVIEW和IMAQVision

　　LabVIEW是一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具[7]。在图像处理方面提供了NI公司的IMAQVision子模板,它包括300多种机器视觉和图像处理的函数,分图像预处理、图像分割等图像理解函数库和开发工具,具有灰度、彩色以及二值图像的显示、处理(包括统计、滤波和几何变换)、形状匹配、斑点分析、计算和测量等功能。用户可以通过仪器编程与数据采集,很便捷地创建功能强大的嵌入式图像应用与开发系统。

　　1.2 测量原理

　　如图1所示,在投影板上设置三个测量基准点op(0,0)、ap(xpa,ypa)、bp(xpb,ypb),为了简化说明,基准点op、ap和bp分别用基准o轴和被测的a、b轴无偏差时沿其轴向在投影板上的投影点。摄像系统拍摄投影板,得到基准点的图像,用质心法计算在摄像机像面上基准像点ai的坐标:

　　式中:(xiag, yiag)、gia分别表示ap的像点ai附近灰度区域各点坐标和灰度。同理计算bp的像点坐标bi(xib,yib),然后建立测量坐标系,得到标尺系数rx和ry.

　　图1中,ape(xpae,ypae)和bpe(xpbe,ypbe)是沿a、b轴投射到投影板上实际光斑的中心点, aie(xiae,yiae)和bie(xibe,yibe)是拍摄后对应的像点。

　　假设测量b轴与基准o轴的平行性偏差,首先拍摄图片fi1(xi, yi),瞄准基准点ap(xpa,ypa),发射激光,拍摄图片fi2(xi,yi),按(3)式计算得到fi(xi,yi).为了简化表示,下式中,分别用f1(x,y)、f2(x,y)和f(x,y)替代fi1(xi,yi)、fi2(xi,yi)和fi(xi,yi);替代后的f1(x,y)像点集合中各点用fi1(xij,yij)表示,i、j表示像点所在的行和列。