[發明專利]針對連續表面的自適應投影云紋方法

有效

• 申請號: 202110872647.3
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113587850B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 孫晨;蔡天宇;陳巨兵;馬少鵬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06T7/80;G06T17/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種針對連續表面的自適應投影云紋方法，包括：通過標定后的真實投影儀與相機，以投影云紋技術測量出物體的三維初步形貌；根據三維初步形貌、標定得到的內部參數和外部參數構建虛擬投影云紋模型，基于預設的理想云紋參數，通過自適應迭代算法在虛擬環境下模擬滿足投影需求的柵線柵距并生成待投影的數值柵線圖；最后將數值柵線圖通過真實投影儀投影至被測物體表面并采集均勻分布的云紋圖像，進而得到待測物體的精確三維形貌。本發明針對任意具有連續表面的被測物體，生成相應的非均勻投影柵線以及理想的均勻分布的自適應云紋，從而提高全場的測量精度，使得全場的測量誤差分布更為均勻，適合大曲率物體的高精度、高分辨率測量的同時對硬件沒有額外要求且工作時能耗低，適合進行現場測試。

技術領域

本發明涉及的是一種光學測量領域的技術，具體是一種針對連續表面的自適應投影云紋方法。

背景技術

投影云紋法作為一種全場光學測量方法，其形成的云紋柵線相比于初始的投影柵線密度更低，因此可以放大由表面變形引起的柵線相位變化，從而達到更高的相位分辨率與測量精度。但是這種云紋圖案分布極為不均勻，在柵線密集的區域其非正弦性會引入相位誤差，在柵線稀疏的區域相位噪聲較大。以上兩種相位誤差都會使得該區域的測量誤差較大，因此全場的測量精度分布不均勻。

發明內容

本發明針對現有掃描投影云紋技術在全場測量范圍內生成的云紋圖案分布極為不規律，云紋過于稀疏與稠密的區域的測量誤差相比分布均勻的區域更大，即全場測量性能較差的缺陷，提出了一種針對連續表面的自適應投影云紋方法，針對任意具有連續表面的被測物體，生成相應的非均勻投影柵線以及理想的均勻分布的自適應云紋，從而提高全場的測量精度，使得全場的測量誤差分布更為均勻，適合大曲率物體的高精度、高分辨率測量的同時對硬件沒有額外要求且工作時能耗低，適合進行現場測試。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種針對連續表面的自適應投影云紋方法，包括：通過標定后的真實投影儀與相機，以投影云紋技術測量出物體的三維初步形貌；根據三維初步形貌、標定得到的內部參數和外部參數構建虛擬投影云紋模型，基于預設的理想云紋參數，通過自適應迭代算法在虛擬環境下模擬滿足投影需求的柵線柵距并生成待投影的數值柵線圖；最后將數值柵線圖通過真實投影儀投影至被測物體表面并采集均勻分布的云紋圖像，進而得到待測物體的精確三維形貌。

所述的標定，采用棋盤格標定板標定出投影儀與相機的內部參數和外部參數。

所述的投影云紋技術是指：通過將柵線光投射至物體表面，通過采集受物體表面離面位移及通過參考光柵調制后產生的若干個畸變圖像，即云紋條紋圖像，再以相移算法計算得到變形前后對應的全場的位相，從而得到三維初步形貌。

所述的構建虛擬投影云紋模型是指：采用光線追蹤的方式在虛擬環境下建立的與實際云紋測量系統成像特性一致的模型，即通過相機模型、投影儀模型和物體的形貌建立投影得到的投影儀與相機像素平面上的像素點的對應關系，具體包括：

1)相機模型與投影儀模型均表示為s[u，v]^T＝K[R，T][X，Y，Z，1]^T，其中：[u,v]為待測表面上一待測點在投影儀或相機的像素平面上的像素坐標,[X,Y,Z]為該測點的世界坐標,s為尺度因子,K為投影儀或者是相機內部參數,[R,T]為投影儀或者是相機相對世界坐標系的外部參數，R為3×3的旋轉矩陣,T為三維的平移向量；

2)在已知[u,v]以及Z的情況下,反推出[X，Y]＝A^-1B，其中：u_pm以及v_pm為世界點M在投影儀成像平面上的像素坐標,P_p等價于[R，T]這一矩陣,是從世界坐標系到投影儀坐標系的變換矩陣；