测量显微镜是一种用于测量精密零件长度和角度的仪器，广泛应用于测量室、生产线和科学研究部门。过去，测量显微镜一般由物镜和测量显微镜组成，属于视觉设备的范围，测量结果容易受到人为因素的影响。随着数字成像技术的普及，测量显微镜被CCD相机取代，结合图像分析和数据处理，不仅实现了测量自动化，而且提高了测量速度和精度。
测量原理
假定被测部件长度为y，经物镜显像后长度为y'，物镜放大倍数为y，β，因此，存在以下关系：
物镜放大倍数也可以用几何光学来表示。
其中f为物镜物方焦距，f"就像方焦距，而且有f'=-f。x为焦距，即物镜物方焦距至被测物体的距离。x"为焦像距，即物镜方焦点到像的距离。将(2)带入(1)获得
从(3)可以看出，物镜焦距确认后，被测长度值取决于物镜的大小y，以及被测物体与CCD表面相比的位置。如果后者因某种原因出现偏差，如CCD安装位置误差或调焦偏差(详细下节)，则会导致实际放大率偏差理论放大率，从而导致测量误差，因为被测物体的大小是根据公式(1)中的理论放大倍数计算出来的。所谓理论放大倍数，是测量显微镜的主要性能参数之一，通常刻在镜筒上，如1X、0.5X等。
物方远心光路
为了保证被测物体在CCD表面清晰显示，需要改变被测物体到测量显微镜之间的距离，直到获得清晰的图像。这个过程叫做调焦。
对焦可以有手动对焦和自动对焦，但无论选择哪种方法，对焦都有偏差。如图1所示，红色实线表示正确的图像位置，蓝色实线表示对焦偏差。对于普通显微镜来说，蓝色光束的主光(通过孔径光阑中心的光，代表光束中心)的方向与红色光束的主光相比发生了变化，CCD表面的交点从A跑到B，换句话说，测得的图像大小发生了变化，实际放大率不等于理论放大率，从而导致测量误差。
选择物方远心光路可以去除焦距偏差引起的测量误差。如图2所示，孔径光阑放置在物镜方焦平面上，入瞳远离物方，物方主光始终与光轴平行。无论被测物体的位置如何变化，出射光束的主光方向始终保持不变。即使有焦距偏差，CCD上的图像也只会改变清晰度，不会改变大小。因此，物方远心光路不会因放大率偏差引起的测量误差。当然，由于光阑外移，轴外像差增大，物镜的结构趋于复杂，价格远高于普通物镜。
对显微镜进行校正
虽然物方远心光路可以清除焦距偏差带来的测量误差，但CCD位置误差仍然会导致测量误差，因此在使用测量显微镜之前需要进行校正。一般用尺子作为标记，如图3所示，首先测量尺子的一定距离(如从-5毫米到5毫米)占用的CCD像素的数量，乘以像素的大小，然后除以物镜的理论放大率，从而获得尺子的一定长度的测量值。测量值应该等于10毫米，但由于CCD位置误差，测量值通常不等于10毫米，例如可能是10.10。mm。多余的0.1mm就是系统偏差，之后每一次测量结果都会减少0.1mm。mm。或在调整CCD位置后重新校正，直至测量值等于或接近10毫米。
校正分割板，1“X1”，格值100。µm。
由于尺子的刻线具有一定的总宽度，所以它的像总宽度通常大于一个CCD像素，在确认两个刻线之间的CCD像素数量时，往往会受到人为因素的影响，从而造成偶然的误差。所以我们用图4所示的标准图案代替尺子进行校正，其优点是利用MATLAB图像处理工具包自动识别图形，计算图案的大小，避免了人为因素的影响。已知的标准图案是4x4mm的黑白正方形，用Edmund0.9XCobaltTL远心镜头进行测量(商品号62901)。.5µm，详细的测试过程参考视频1：
视频1检测细节
图5显示了使用视频1系统相机拍摄的图像。接着对图5进行计算机图像处理，用MATLAB编写的编程代码见附录。程序的第一段是读取图像并显示。第2段是将灰度图像转换成图6所示的二值(黑白)图像。第3段第1行的函数regionprops()统计了每个白色区域的面积、重心和边界框，统计结果如图7所示。其中，面积用像素的数量表示，重心用x、y坐标表示，边界框用四个数值表示。第一个和第二个数字是矩形左上方的x、y坐标，第三个和第四个数字是矩形的宽度和高度，用像素的数量表示。接着给每一个白色区域贴上标签，如图8所示，共有10个白色区域。很容易看出只有4、5、7三个矩形是完整的，所以第四段第一句就是选择这三个矩形，其它矩形不会考虑。二是提取三个矩形边界框的数据，并将其写入二维数组BoundingBoxes。从图7可以看出，第4、5、7三个矩形的宽度和高度等于660个像素。最后一句是计算3个方形边长的平均值，为660个像素，乘以CCD像素大小0.0055mm，再除以理论放大率0.9，得到方形边长的测量值为4.033mm，比标准值大0.033mm。今后的测量中，需要减少0.033mm的测量值。
本文介绍了测量显微镜的工作原理和测量误差的主要来源。─放大率偏差，放大率偏差主要来自焦距偏差和CCD表面与物镜相比的位置误差。选择物方远心光路，将孔径光阑放在物镜方焦平面上，可以有效去除焦距偏差引起的测量误差。实际放大率与理论放大率之间的误差可以通过使用尺子或标准图案进行放大率校准来测量，以补偿CCD位置误差引起的测量误差。本文介绍了如何使用标准图案和MATLAB强大的图像处理工具包来测量实际放大率，并共享编程代码。
客服1