[發(fā)明專利]一種基于雙遠(yuǎn)心相機(jī)匹配的高分辨高精度測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910448519.9
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110207614B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張玉珍;梁一超;胡巖;左超;陳錢;馮世杰;尹維;張良;錢佳銘;顧國華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發(fā)明公開了一種基于雙遠(yuǎn)心相機(jī)匹配的高分辨高精度測量系統(tǒng)及其方法，第一遠(yuǎn)心相機(jī)、第二遠(yuǎn)心相機(jī)位于投影儀的兩側(cè)并對稱于投影儀的中軸線，第一遠(yuǎn)心相機(jī)、第二遠(yuǎn)心相機(jī)通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)相連，投影儀通過觸發(fā)線與第一遠(yuǎn)心相機(jī)、第二遠(yuǎn)心相機(jī)相連；投影儀投影多頻多相移的條紋并同時產(chǎn)生同步觸發(fā)信號，同步觸發(fā)信號驅(qū)動第一遠(yuǎn)心相機(jī)、第二遠(yuǎn)心相機(jī)同步拍攝，第一遠(yuǎn)心相機(jī)、第二遠(yuǎn)心相機(jī)拍攝經(jīng)被測物的調(diào)制的相移圖像，把調(diào)制圖像傳輸?shù)接嬎銠C(jī)端，由計算機(jī)對調(diào)制圖像進(jìn)行相位展開，然后對展開的相位進(jìn)行鏡頭畸變矯正與極線矯正，使用立體相位匹配算法和三維重構(gòu)算法可測量在24mm*18mm范圍內(nèi)的小型被測物的高分辨高精度三維輪廓信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于雙遠(yuǎn)心相機(jī)匹配的高分辨高精度測量方法。

背景技術(shù)

目前，我國集成電路、微型傳感器、精密儀器等產(chǎn)業(yè)初成規(guī)模，但是產(chǎn)品測試技術(shù)還相對落后，缺乏高效、高精度的整裝產(chǎn)品檢測工具。高效、高精度的三維形貌測量技術(shù)可廣泛用于上述產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)測，它可有效的提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)精度。

對于要達(dá)到比較小的視場的三維形貌測量，就需要使用輔助透鏡來實現(xiàn)。第一種方法是使用體視顯微鏡(Y.Hu,Q.Chen,T.Tao,H.Li,and C.Zuo,Absolute three-dimensional micro surface profile measurementbased on a greenough-typestereom-icroscope,Measurement Science and Technology 28,045004(2017).)，但是由于顯微鏡的光路復(fù)雜性和被測樣品的范圍比較小難于操作，標(biāo)定體視顯微鏡將變得非常困難；第二種方法是使用遠(yuǎn)心鏡頭，該方法增加了系統(tǒng)的視場深度，并且沿著光軸成像面放大率不變。使用遠(yuǎn)心透鏡進(jìn)行三維形貌測量的初步研究是基于單個相機(jī)與投影儀組合的模型。然而，單個相機(jī)與投影儀組合模型的系統(tǒng)中的投影儀必須借助校準(zhǔn)過的相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定(H.Liu,H.Lin,and L.Yao,Calibration method forprojector-camera-basedtelecentric fringe projectionprofilometry system,Optics Express 25,31492-31508(2017).)，這個過程很復(fù)雜。此外，由于伽馬電子束的不確定性、透鏡變形以及投影儀中附加輔助透鏡的錯位等原因，無法保證標(biāo)定精度。

由于被測物表面形貌各異，難免會有一些被測物表面反射率較高，導(dǎo)致這些光強(qiáng)飽和的表面具有較高難度的重現(xiàn)性(S.Feng,L.Zhang,C.Zuo,T.Tao,Q.Chen,and G.Gu,High dynamic range 3-d measurements with fringe projection profilemetry:Areview,Measurement Science and Technology(2018).)，由于相機(jī)的光強(qiáng)分辨率有限，實際強(qiáng)度無法得到正確存儲，因此導(dǎo)致三維重建時誤差的產(chǎn)生。對于存在光強(qiáng)飽和的表面，光強(qiáng)飽和的問題在某些情況下可能不能簡單地通過減少曝光時間或投影光的強(qiáng)度來解決。而固定的一些相移條紋有可能小于三個非光強(qiáng)飽和的條紋數(shù)目，那就不能克服圖像飽和，解算的結(jié)果也會產(chǎn)生相位誤差。另外，使用普通一周期條紋或三步相移得到的相位誤差較大，導(dǎo)致三維重建后數(shù)據(jù)精度不高，而使用多頻多步相移又會使系統(tǒng)測量時間變長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙遠(yuǎn)心相機(jī)匹配的高分辨高精度測量系統(tǒng)及其方法，通過放棄標(biāo)定投影儀，排除投影儀帶來的額外誤差，只標(biāo)定系統(tǒng)第一遠(yuǎn)心相機(jī)與第二遠(yuǎn)心相機(jī)的位置和測量范圍的空間高度，可分別獲得標(biāo)定X-Y軸的參數(shù)和Z軸的高度參數(shù)，多頻多步相移的優(yōu)化算法可有效解決測量精度不高，速度不快的問題，相移輪廓術(shù)和廣義相移法的結(jié)合可抑制光強(qiáng)飽和，導(dǎo)致測量出錯的問題，可在高分辨的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對光強(qiáng)飽和的被測物進(jìn)行高精度測量。