[發(fā)明專利]用于任意擺放條紋投影三維測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410389633.6
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104111039A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 岳慧敏;趙必玉;李明陽;吳雨祥;劉永
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 成都華典專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于條紋投影的光學(xué)三維測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，具體為采用條紋投影技術(shù)測量物體表面相位，建立展開相位和高度及高度和橫坐標(biāo)之間的關(guān)系，用于物體三維面形測量的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著精密機械加工、汽車制造、精密光學(xué)加工、半導(dǎo)體行業(yè)、精密儀器制造、模具設(shè)計、逆向工程等領(lǐng)域的快速發(fā)展，人們?nèi)找嫫惹械叵Ｍ軌驅(qū)芰悴考⒐ぜ矬w進行精確測量，傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)測量設(shè)備已不能滿足日趨現(xiàn)代化、自動化的生產(chǎn)要求，三維測量技術(shù)應(yīng)運而生。然而，高精度的三維測量技術(shù)離不開系統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)。

目前已有的三維測量系統(tǒng)標(biāo)定方法或者依靠標(biāo)定相機單元和投影單元的內(nèi)外部參數(shù)，計算二者的相對位置以及整個測量系統(tǒng)的幾何參數(shù)，代替人工測量，此種方法執(zhí)行困難、且所得到的參數(shù)精確度也不高，從而最終無法得到高精度的三維數(shù)據(jù)；或者依賴精密的標(biāo)準(zhǔn)件的三維參數(shù)進行擬合，建立相位和高度的關(guān)系，此種方法制造標(biāo)準(zhǔn)件很困難且成本昂貴；或者依賴精確移動和定位標(biāo)定板，建立相位和高度的關(guān)系，同時對測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求高，須保證攝相機光軸與參考面垂直，從而標(biāo)定時間長、且局限于實驗室環(huán)境內(nèi)完成。而且上述三類標(biāo)定方法都只能提供像素點和高度數(shù)據(jù)構(gòu)成的三維信息，無法提供橫坐標(biāo)和高度數(shù)據(jù)組成的真實三維信息。在申請人檢索范圍內(nèi)，三維測量系統(tǒng)的典型標(biāo)定方法可以見到以下相關(guān)文獻信息：

1.Q.Y.Hu等發(fā)表的“三維形狀測量系統(tǒng)的標(biāo)定”(Calibration?of?a?three-dimensional?shape?measurement?system,Opt.Eng.42.487-493(2003))，提出了一種將投影儀等效為CCD相機，同時標(biāo)定CCD相機和投影儀的內(nèi)外部參數(shù)。但由于CCD相機和數(shù)字投影儀鏡頭畸變的影像，這種方法過程復(fù)雜且無法給出準(zhǔn)確的系統(tǒng)外部參數(shù)，從而所標(biāo)定的三維系統(tǒng)精度不高。

2.H.W.Guo等發(fā)表的“用于條紋投影輪廓術(shù)的最小二乘標(biāo)定方法”(Least-squares?calibration?method?for?fringe?projection?profilometry,Opt.Eng.44,033603(2005))，研究了利用精密移動的水平位移平臺移動高精度平板獲取標(biāo)定數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行最小二乘擬合，獲取相位-高度關(guān)系。精密的水平移動臺的應(yīng)用限制了此種方法只能在實驗室內(nèi)完成，不適合實際應(yīng)用場合。

3.Z.H.Zhang等發(fā)表的“一種簡單、靈活的基于三維成像系統(tǒng)的相位計算標(biāo)定方法”(Simple,flexible?calibration?of?phase?calculation-based?three-dimensional?imaging?system,Opt.Lett.36,1257-1259(2011))，研究了一種利用棋盤格子和標(biāo)定白板的簡易標(biāo)定方法，標(biāo)定板可隨機、任意地放置在視場中的任何位置。但這種方法要求攝相機光軸與參考面垂直，在實際應(yīng)用中具有局限性。

4.Minh?Vo等發(fā)表的“一種基于條紋投影輪廓術(shù)三維成像系統(tǒng)的靈活標(biāo)定技術(shù)”(Flexible?calibration?technique?for?fringe-projection-based?three-dimensional?imaging，Opt.Lett.35,3192-3194(2010))，研究了一種針對任意系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三維標(biāo)定方法。該方法對測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置要求低，但也只能給出相位-高度數(shù)據(jù)關(guān)系，不能給出橫坐標(biāo)的標(biāo)定方法。

由上述文獻可以看出現(xiàn)有標(biāo)定技術(shù)要么過程復(fù)雜、難于實現(xiàn)，要么設(shè)備成本昂貴、不具實用性，要么對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求苛刻，要么提供是三維數(shù)據(jù)不夠全面。因此，條紋投影三維測量系統(tǒng)的全坐標(biāo)標(biāo)定，特別是在實際應(yīng)用中的標(biāo)定，是一個尚未很好解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種用于任意擺放條紋投影三維測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，該標(biāo)定基于條紋投影技術(shù)以及CCD相機標(biāo)定技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確、簡易地確定相位與高度、高度與橫坐標(biāo)之間的全坐標(biāo)關(guān)系，特別是適用于工程實際標(biāo)定使用，且成本低廉。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種用于任意擺放條紋投影三維測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，該方法包括：

步驟1、設(shè)計標(biāo)定平板，標(biāo)定板為等距相間的棋盤格子，并且具有漫反射表面；