[發明專利]一種微納米量級的二元面結構光檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201711349570.1
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108088386B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 徐銘;盧先鑫;翟敏君;吉建華;王可
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/25
• 代理公司: 44248 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙)
• 代理人: 于標<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.一種微納米量級的二元面結構光檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步：對CCD攝像機及面結構光投影儀進行標定；

第二步：由LED燈發出定向光源，經過物方像方遠心鏡組，將光源面積縮小后進入光纖束，光源經過光纖束投射至微小目標物體所在場景，反射的光線通過高倍顯微鏡放大，CCD攝像機獲取放大后的圖像并將圖像傳送至視覺處理系統，由視覺處理系統的自適應目標輪廓識別模塊匹配出與目標物體近似的輪廓，得出待測物在平面的坐標及復雜度信息，對目標物體的位置進行粗略對準；

第三步：根據自適應目標識別輪廓模塊得出的輪廓信息，然后根據顯微透鏡參數計算出的原始未放大的圖像的相對面積，對結構光進行編碼，使面結構光的精度滿足目標物體的復雜度及大小，面結構光經過物方像方遠心鏡組，將面結構光投影儀投射出的光縮小后進入光纖束，經光纖束傳輸，從光纖束末端投射出至第二步中粗對準的微小目標物體表面；

第四步：CCD攝像機獲取經由高倍顯微鏡放大后的結構光調制圖像，然后對圖像進行解碼，利用光學三角法進行三維坐標變換，求解圖像的深度信息；

該二元面結構光檢測方法還包括：

第五步：在放大后的調制圖像中進行坐標變換得到的結構光三維點后，將結構光特征點和LED光輪廓獲取的梯度信息、邊緣強度信息參量結合，將輪廓的多參量信息與三維點云的分割信息結合，在像素平面中，將鄰接的結構光點生成網格線，在網格線和梯度信息的交叉處插入新的三維點，更新插入新三維點云后進一步細化三維網格，新插入三維點的深度信息由細分規則得出；進行曲面擬合，得到最終的三維圖像。

2.根據權利要求1所述的二元面結構光檢測方法，其特征在于，面結構光投影儀采用現場標定方法，步驟如下：

第1步：獲取標定棋盤及投影光源照片；

第2步：平面的世界坐標系獲取，通過4組標定板照片上的特征點照片，可以獲取4組標定板所在平面的世界坐標系；

第3步：平面上各個角點世界坐標的獲取，由于標定板所在的平面世界坐標系和網格結構光所在的平面為同一平面，根據各網格的交點在圖像上的坐標，可以獲得所有網格相交的角點所在的世界坐標系上的空間位置，通過對網格照片的閾值化，檢測亞像素級角點，獲取所有網格角點在圖像坐標系中的位置；

第4步：各網格角點標定參數的獲取，令被測物體的世界坐標系為{W}，攝像機坐標系為{C}，結構光坐標系為{P}，角點P_p(U_p,V_p)，照射到被測物上點P_w(X_w,Y_w,Z_w)，P_w在圖像平面上成像點位P_c(U_c,V_c),光平面上的結構光點P_p(U_p,V_p)，和在世界坐標系上的坐標值P_w(X_w,Y_w,Z_w)，可以推出其滿足以下關系：

式中:K是非零系數；A_P是光信息編碼結構光的內約束參數矩陣，R與T分別表示結構光坐標系關于靶標所在世界坐標系之間的旋轉矩陣和平移向量，即需要通過標定，求得A_P，R與T的值，得到網格角點在光平面和世界坐標系上的轉換公式，根據4組各角點所在的世界坐標系上的位置，代入角點在光平面和世界坐標系上的轉換公式(1)，可以求得A_P，R與T的值，即得到角點在光平面和世界坐標系上的轉換公式。

3.根據權利要求2所述的二元面結構光檢測方法，其特征在于，在所述第1步中，包括如下步驟：

第(1)步：在工作臺上，放置一四角高低可調平面板，在平面板上放置攝像機平面標圖案，該標定板的設計采用2*2像素為一格，總數為11*15格的黑白微小棋盤板，通過微調節螺母改變標定板的姿態，CCD攝像機拍攝一張經由顯微透鏡組放大后的標定板圖像；

第(2)步：拿走標定板，保持可調平面板不動，打開結構光源后再由CCD攝像機拍攝一張照片；

第(3)步：移動平面物件的姿態和位置，重復第(1)步和第(2)步，共計獲取4組照片，其中標定板畫面照片4張，結構光畫面圖片4張。