專利名稱：二維檢流計式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法
技術領域：
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：
由于使用二維振鏡系統(tǒng)對激光束進行偏轉存在以下問題 (1)兩鏡片之間的安裝距離會導致像場一定程度的枕形失真，這是因為X鏡片與像場之間的光學距離與XY鏡片之間的掃描角度大小有關，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透鏡將激光束進行偏轉，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行校正，且校正精度低。


發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種二維檢流計式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，將校正前后的坐標值代入牛頓插值公式中即可解決二維檢流計式掃描器中圖像失真問題。這種方法能夠對各種失真進行精確校正。
本發(fā)明采用的技術方案是二維檢流計式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于包含設有(2N+1)2個采樣點的校正模板，N為自然數(shù)，所述方法包括以下步驟 (1)在軟件程序中設置掃描范圍和校正模板的點數(shù)，所述校正模板上所有采樣點構成的標準圖形與所述掃描范圍大小一致，根據(jù)所述掃描范圍計算所述校正模板上每個采樣點的坐標值，將計算出的采樣點坐標值作為校正前的數(shù)據(jù)保存； (2)掃描所述校正模板上的采樣點，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重合，記錄掃描后的采樣點坐標值，作為該采樣點校正后的數(shù)據(jù)； (3)獲得所有采樣點校正后的數(shù)據(jù)； (4)根據(jù)所有采樣點校正后的數(shù)據(jù)，軟件程序對所有采樣點掃描，使各行、各列相鄰的采樣點形成網(wǎng)格，若所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點不在一條直線上，則重復步驟(2)，直到所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點在一條直線上為止，保存此時的各采樣點坐標值作為相應采樣點最終校正后的數(shù)據(jù)。
根據(jù)所有采樣點校正前的數(shù)據(jù)和最終校正后的數(shù)據(jù)，軟件程序可進一步生成校正表輸出。
進一步地，將所有采樣點校正前的數(shù)據(jù)和最終校正后的數(shù)據(jù)代入牛頓插值公式，獲得采樣點之外所有點的插值數(shù)據(jù)，對失真圖像進行校正。
所述步驟(1)中采樣點坐標值的計算方法為若輸入掃描范圍為a*a，校正模板的點數(shù)為n*n，則兩個點之間的間距為b＝a/(n-1)，由之可得中心點和XY方向校正前的坐標分別為(0，0)，(0，a/2)，(0，-a/2)，(-a/2，0)，(a/2，0)；根據(jù)前述坐標值和兩點的間距b，進一步計算其余n2-5個點校正前的坐標值。
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，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，最后掃描校正模板上的其它采樣點。
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與校正模板上該采樣點重合，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械安裝的誤差進行精確校正。
(2)本發(fā)明不需要對振鏡式掃描系統(tǒng)的結構進行改裝，只需要安裝校正軟件程序配合校正模板即可，具有構思巧妙，設計合理的特點，適合廣泛推廣應用。



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)明實施例的校正模板。
圖3為本發(fā)明實施例的軟件程序界面。

具體實施例方式 參照附圖，將詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
校正模板上設有(2N+1)2個采樣點坐標小孔，N為自然數(shù)；N值越大，其校正精度越大。為減小視覺誤差，校正模板上的坐標小孔直徑應盡量和激光的焦斑直徑相等，要求模板上標準圖形大小與所用掃描范圍一樣，例如掃描范圍是110mm*110mm，模板標準圖形范圍也必須是110mm*110mm，在這范圍里平均分布25個點，為5*5網(wǎng)格，校正模板在移動光束過程中作為參考標準。
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個采樣點為例，校正模板上有5*5個網(wǎng)格，共有25個精確坐標小孔。圖中中央點(幾何中心點)為第13坐標小孔，左下角為第1坐標小孔，右下角為第5坐標小孔，左上角為第21坐標小孔，右上角為第25坐標小孔，依此類推，每行從左到右排序。
校正軟件程序安裝在計算機系統(tǒng)中，其界面如圖3所示，校正軟件與校正模板上的采樣點是一一對應的。通過校正軟件控制光束與校正模板上相應小孔完全重合。
本實施例二維檢流計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)并計算各采樣點校正前的坐標數(shù)據(jù) 在校正軟件的界面上輸入掃描范圍110mm*110mm，校正模板的點數(shù)5*5(系統(tǒng)默認的模板點數(shù)是5*5)，如圖3所示。校正模板的標準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)掃描范圍計算出校正模板上兩個采樣點之間的間距為110/4＝27.5，據(jù)此可得1到25點的坐標值如表1所示，將此作為25個采樣點校正前的數(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，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重合；記錄掃描后的采樣點坐標值，作為該采樣點校正后的數(shù)據(jù)。
首先掃描校正模板上的幾何中心采樣點，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，最后掃描校正模板上的其它采樣點。掃描采樣點時，該點的坐標值會實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的坐標值即可。
掃描步驟具體為 A、選擇校正軟件上的幾何中心采樣點，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重合；保存掃描后的幾何中心采樣點坐標值，作為該采樣點校正后的數(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，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重合；保存掃描后的四個角采樣點坐標值，作為該采樣點校正后的數(shù)據(jù)； C、掃描校正模板上的其它采樣點，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重合；保存掃描后的其它采樣點坐標值，作為該采樣點校正后的數(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專利的詳細說明。
(3)根據(jù)步驟(2)得到25個采樣點校正后的數(shù)據(jù)，如表2所示 表2 實踐中根據(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的結果。
(4)根據(jù)25個采樣點校正后的數(shù)據(jù)，校正軟件對所有采樣點掃描，使各行、各列相鄰的采樣點形成網(wǎng)格，若所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點不在一條直線上，則重復步驟(2)，直到所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點在一條直線上為止，保存此時的各采樣點坐標值作為相應采樣點最終校正后的數(shù)據(jù)。
(5)由25個采樣點校正前的數(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。
將校正前后的坐標值代入牛頓插值公式中即可解決二維檢流計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，校正模板的點數(shù)5*5，此時兩個采樣點之間的間距為1000/4＝250，依此計算得出每個采樣點的校正前坐標值。模板標準圖形范圍大小也必須是1000mm*1000mm，在這范圍里平均分布25個點，為5*5網(wǎng)格，保證25個采樣點構成的標準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)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.二維檢流計式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，其特征在于包含設有(2N+1)2個采樣點的校正模板，N為自然數(shù)，所述方法包括以下步驟
(1)在軟件程序中設置掃描范圍和校正模板的點數(shù)，所述校正模板上所有采樣點構成的標準圖形與所述掃描范圍大小一致，根據(jù)所述掃描范圍計算所述校正模板上每個采樣點的坐標值，將計算出的采樣點坐標值作為校正前的數(shù)據(jù)保存；
(2)掃描所述校正模板上的采樣點，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重合，記錄掃描后的采樣點坐標值，作為該采樣點校正后的數(shù)據(jù)；
(3)獲得所有采樣點校正后的數(shù)據(jù)；
(4)根據(jù)所有采樣點校正后的數(shù)據(jù)，軟件程序對所有采樣點掃描，使各行、各列相鄰的采樣點形成網(wǎng)格，若所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點不在一條直線上，則重復步驟(2)，直到所述網(wǎng)格各行、各列上的采樣點在一條直線上為止，保存此時的各采樣點坐標值作為相應采樣點最終校正后的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的二維檢流計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)權利要求1或2所述的二維檢流計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，獲得采樣點之外所有點的插值數(shù)據(jù)，對失真圖像進行校正。
4.根據(jù)權利要求1所述的二維檢流計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有5*5個采樣點。
5.根據(jù)權利要求1所述的二維檢流計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)中采樣點坐標的計算方法為若輸入掃描范圍為a*a，校正模板的點數(shù)為n*n，則兩個點之間的間距為b＝a/(n-1)，由之可得中心點和XY方向校正前的坐標值分別為(0，0)，(0，a/2)，(0，-a/2)，(-a/2，0)，(a/2，0)；根據(jù)前述坐標和兩點的間距b，進一步計算其余n2-5個點校正前的坐標值。
6.根據(jù)權利要求1所述的二維檢流計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)明涉及二維檢流計式掃描器中圖像失真校正數(shù)據(jù)的生成方法，包含設有(2N+1)2個采樣點的校正模板，N為自然數(shù)，所述方法包括以下步驟(1)在軟件程序中設置掃描范圍和校正模板的點數(shù)，所述校正模板上所有采樣點構成的標準圖形與所述掃描范圍大小一致，根據(jù)所述掃描范圍計算所述校正模板上每個采樣點的坐標值，將計算出的采樣點坐標值作為校正前的數(shù)據(jù)保存；(2)掃描所述校正模板上的采樣點，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重合，記錄掃描后的采樣點坐標值，作為該采樣點校正后的數(shù)據(jù)；(3)獲得所有采樣點校正后的數(shù)據(jù)。將校正前后的坐標值代入牛頓插值公式中即可解決二維檢流計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)先權日2010年4月22日
發(fā)明者鄭明春 申請人:北京世紀桑尼科技有限公司