[發(fā)明專利]基于二維刻度尺的離軸圓條紋投影測量零相位點(diǎn)求解方法

有效

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• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109489586B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張春偉;趙宏;張振洋;喬嘉成
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

基于二維刻度尺的離軸圓條紋投影測量零相位點(diǎn)求解方法，先搭建離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一種二維刻度尺；再生成一幅十字線圖像，借助測量系統(tǒng)的投影單元對十字線圖像投影，投影到二維刻度尺上，記錄十字線圖像中心在二維刻度尺上的十字線中心物理坐標(biāo)和十字線中心像素坐標(biāo)；然后借助測量系統(tǒng)的成像單元對二維刻度尺成像，選定成像點(diǎn)，記錄成像點(diǎn)像素坐標(biāo)及在二維刻度尺上的成像點(diǎn)物理坐標(biāo)；最后由十字線中心物理坐標(biāo)、成像點(diǎn)像素坐標(biāo)、成像點(diǎn)物理坐標(biāo)以及離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)參數(shù)，建立方程，求解得到離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)測量時(shí)采樣圓條紋圖的零相位點(diǎn)像素坐標(biāo)；本發(fā)明有助于提高圓條紋投影輪廓術(shù)的三維測量性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二維刻度尺的離軸圓條紋投影測量零相位點(diǎn)求解方法。

背景技術(shù)

全場三維測量在質(zhì)量檢測、逆向工程、交互式設(shè)計(jì)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著越來越廣泛的需求，國內(nèi)外對于三維測量技術(shù)的研究也日益廣泛，涌現(xiàn)出了一批特點(diǎn)各異的光學(xué)三維測量方法。圓條紋投影輪廓術(shù)是發(fā)明人所在團(tuán)隊(duì)近期提出的一種新型光學(xué)三維測量技術(shù)，為機(jī)械零部件等的高精度三維測量提供了一種新選擇。但該技術(shù)高度重建采用反正切函數(shù)，因而在共軸布置時(shí)，采樣圓條紋圖零相位點(diǎn)存在測量盲區(qū)，其附近區(qū)域存在對噪聲的放大效應(yīng)，會顯著降低測量精度。鑒于此，需要采用離軸布置方式實(shí)現(xiàn)圓條紋投影輪廓術(shù)，提高測量性能。但離軸圓條紋投影輪廓術(shù)的零相位點(diǎn)不在采樣圓條紋圖上，但其為高度求解的必須參量。因而，亟需解決離軸圓條紋投影輪廓術(shù)零相位點(diǎn)的求解問題。

由于圓條紋投影輪廓術(shù)是一種新型光學(xué)三維測量技術(shù)，相關(guān)研究并不廣泛，離軸圓條紋投影輪廓術(shù)更是鮮有相關(guān)研究。針對上述問題的研究尚屬空白，亟需進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種基于二維刻度尺的離軸圓條紋投影測量零相位點(diǎn)求解方法，提高圓條紋投影輪廓術(shù)的三維測量性能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于二維刻度尺的離軸圓條紋投影測量零相位點(diǎn)求解方法，包括以下步驟：

步驟1：搭建離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)相對位姿的精確調(diào)整；

步驟2：設(shè)計(jì)一種二維刻度尺，并且按照測量要求完成對其有效布置；

步驟3：通過軟件編碼生成一幅十字線圖像，借助離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)中的投影單元實(shí)現(xiàn)對所生成十字線圖像投影，投影到二維刻度尺上，記錄十字線圖像中心在二維刻度尺上的物理坐標(biāo)；

步驟4：借助離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)中的成像單元對二維刻度尺成像，選定一個(gè)成像點(diǎn)，記錄成像點(diǎn)像素坐標(biāo)及在二維刻度尺上的成像點(diǎn)物理坐標(biāo)；

步驟5：由十字線中心物理坐標(biāo)、成像點(diǎn)像素坐標(biāo)、成像點(diǎn)物理坐標(biāo)以及離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)參數(shù)，建立方程，求解得到離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)測量時(shí)采樣圓條紋圖的零相位點(diǎn)像素坐標(biāo)。

所述的步驟1中的離軸圓條紋投影測量系統(tǒng)，由投影單元和配置遠(yuǎn)心鏡頭的成像單元構(gòu)成，投影單元光軸與成像單元光軸需要在空間上偏離一定距離，在成像單元視場位于投影單元視場內(nèi)的前提下應(yīng)使投影單元光軸盡可能遠(yuǎn)離成像單元光軸。

所述的步驟2的二維刻度尺需要滿足：首先，能夠高精度標(biāo)識二維尺寸，零點(diǎn)清晰；其次，保證十字線中心能落到二維刻度尺上的同時(shí)至少有部分區(qū)域位于成像單元視場內(nèi)；第三，用于零相位點(diǎn)求解時(shí)，二維刻度尺法線需要保證與投影光軸平行。

所述的步驟2的二維刻度尺通過各種設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用打印或機(jī)械加工方法制作。