[發明專利]一種相位偏折術測量系統標定方法及系統有效
| 申請號： | 201710976667.9 | 申請日： | 2017-10-19 |
| 公開（公告）號： | CN107796305B | 公開（公告）日： | 2019-09-03 |
| 發明（設計）人： | 張旭;李晨;王文超 | 申請（專利權）人： | 華中科技大學無錫研究院 |
| 主分類號： | G01B11/00 | 分類號： | G01B11/00 |
| 代理公司： | 北京品源專利代理有限公司 11332 | 代理人： | 孟金喆 |
| 地址： | 214174 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 相位 偏折術 測量 系統 標定 方法 | ||
本發明公開一種相位偏折術測量系統標定方法及系統，該方法采用平行階梯平面鏡對顯示屏幕反射成像，位姿關系中旋轉矩陣可通過一個平行平面鏡位置獲得，位姿關系中平移矩陣只需改變一次平行階梯平面鏡位置，通過線性求解，可大大簡化標定過程和降低測量成本，使標定過程更加自由和高效。
技術領域
本發明涉及光學測量領域，尤其涉及一種相位偏折術測量系統標定方法及系統。
背景技術
針對鏡面反射表面的三維測量，根據鏡面反射特性，眾多學者提出了利用相位測量偏折術來測量鏡面面形，其原理是根據相位信息確定鏡面表面的梯度信息，通過梯度積分或插值等方法確定面形。在相位測量偏折術測量方法中，不在相機視場中的顯示屏幕和相機位姿關系的標定是其關鍵技術。
在現有的標定技術中，Petz提出采用表面貼上控制點的標定鏡來標定偏折術測量系統的位姿關系，其上的控制點需要經過識別和攝影測量方法測得精確坐標。標志點的測量誤差對系統位姿關系標定結果影響較大，且對標志點的測量會增加測量時間和測量成本。肖永亮等提出采用鏡面標定法標定偏折術系統位姿關系，采用平面鏡對顯示屏幕反射成像，根據建立的顯示屏幕和其在平面鏡中虛像的位姿關系進行線性求解確定系統位姿關系。由于至少需要平面鏡的位置改變3次，相機需要獲取多幅鏡面反射的條紋圖案，操作較為復雜，效率較低。而且鏡面標定法中線性求解通常對噪聲敏感，系統位姿關系標定結果精度與平面鏡到相機的距離和平面鏡轉動角度均有關系。付生鵬等提出采用圓環鏡面標定系統位姿關系，首先通過橢圓檢測確定圓環鏡面在相機坐標系下的位姿，繼而根據平面鏡鏡像原理確定顯示屏幕和相機的位姿關系。環形鏡面的加工較為復雜，并且由于環形鏡面的特殊形狀，導致在反射某些形狀的參照物時(比如棋盤格標定板)，相機無法獲取參照物的完整虛像。Xiao等采用姿態轉換法標定系統位姿關系，通過引入輔助相機和輔助顯示器，通過輔助顯示器連接兩個相機和輔助相機，通過姿態轉換確定系統位姿關系。輔助相機和顯示器的引入增加了成本，且使得標定過程變得復雜。如何進行有效簡單的系統位姿關系標定，是相位偏折術測量的關鍵。
發明內容
本發明的目的在于通過一種相位偏折術測量系統標定方法及系統，來解決以上背景技術部分提到的問題。
為達此目的，本發明采用以下技術方案：
一種相位偏折術測量系統標定方法，其包括如下步驟：
S101、相機通過平行階梯平面鏡觀測到顯示屏幕在平行階梯平面鏡中的兩個虛像；
S102、通過PnP方法獲得所述顯示屏幕在平行階梯平面鏡中的兩個虛像在相機坐標系下的位姿關系；所述兩個虛像在相機坐標系下的位姿關系中平移矩陣的連線為平行階梯平面鏡法線；其中，所述PnP方法是通過已知n個控制點的空間位置信息以及他們的像點信息來計算這n個控制點在相機坐標系下的位置姿態。
S103、基于所述平行階梯平面鏡法線，通過鏡像原理獲得所述位姿關系中的旋轉矩陣；
S104、改變一次平行階梯平面鏡位置，建立顯示屏幕鏡像平移矩陣的約束關系，通過線性求解獲得所述位姿關系中的平移矩陣。
特別地，所述步驟S102具體包括：通過PnP方法獲得所述顯示屏幕在平行階梯平面鏡中的兩個虛像在相機坐標系下的位姿關系和
建立顯示屏幕上特征點pi關于平行階梯平面鏡鏡像點pi'的齊次表達式：
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