一種遠(yuǎn)心成像的三維形貌測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維數(shù)據(jù)成像和光學(xué)三維重建領(lǐng)域，具體涉及一種遠(yuǎn)心成像的三維形 貌測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在三維形貌測(cè)量系統(tǒng)中，基于投影正弦條紋結(jié)構(gòu)光的三維形貌測(cè)量方法由于原理 簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)而被大量使用，包括相位檢測(cè)輪廓術(shù)和傅里葉變換輪 廓術(shù)等。通過投影儀對(duì)參考平面投射正弦條紋圖可得到參考條紋圖，當(dāng)在參考平面上放置 被檢物體時(shí)可得到變形條紋圖，由兩幅條紋圖可得到2D絕對(duì)相位差，進(jìn)而得到被測(cè)物體的 3D深度信息。因此需要對(duì)系統(tǒng)的相位一高度轉(zhuǎn)化關(guān)系以及攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。但在傳 統(tǒng)的單目三維形貌測(cè)量系統(tǒng)中，由于投影儀與攝像機(jī)使用普通鏡頭所存在的非線性，投影 儀投射到參考平面上的不再是周期恒定的正弦條紋圖，因此有人提出使用軟件編程在投影 儀數(shù)字微鏡上產(chǎn)生不均勻正弦條紋，從而在系統(tǒng)可測(cè)量范圍內(nèi)投影生成空間上周期恒定分 布的條紋圖。也有人提出使用離焦的反復(fù)使二值結(jié)構(gòu)條紋圖生成理想的正弦條紋圖。這些 方法均需要復(fù)雜的系統(tǒng)標(biāo)定過程，并且有些參量很難精確標(biāo)定，如攝像機(jī)鏡頭的光心到參 考平面的距離、投影儀與攝像機(jī)光軸的夾角等，而標(biāo)定的精確性決定了任何一種三維形貌 測(cè)量系統(tǒng)的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種遠(yuǎn)心成像的三維形貌測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法， 解決現(xiàn)有技術(shù)中三維形貌測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定復(fù)雜、部分參量很難精確標(biāo)定從而影響三維形貌測(cè) 量系統(tǒng)的精度等問題。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
[0005] -種遠(yuǎn)心成像的三維形貌測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法，所述標(biāo)定方法包括如下步驟：
[0006] 步驟SI:搭建遠(yuǎn)心三維形貌測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括：遠(yuǎn)心投影設(shè)備、遠(yuǎn)心攝 像設(shè)備、平移臺(tái)；遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的光軸垂直于水平放置的平移臺(tái)，遠(yuǎn)心投影設(shè)備的光軸與平 移臺(tái)成一夾角，并控制遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的光軸與遠(yuǎn)心投影設(shè)備的光軸處于同一平面內(nèi)；
[0007] 步驟S2 :使平移臺(tái)處于遠(yuǎn)心投影設(shè)備和遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的共同景深范圍內(nèi)，控制遠(yuǎn) 心投影設(shè)備對(duì)平移臺(tái)投射正弦條紋圖，遠(yuǎn)心攝像設(shè)備采集所述正弦條紋圖，選取遠(yuǎn)心攝像 設(shè)備圖像平面上的任一像素點(diǎn)作為標(biāo)定用像素點(diǎn)，利用多步相移法解得該標(biāo)定用像素點(diǎn)的 絕對(duì)相位值，并記錄此時(shí)的平移臺(tái)高度值；
[0008] 控制平移臺(tái)在遠(yuǎn)心投影設(shè)備和遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的共同景深范圍內(nèi)沿遠(yuǎn)心攝像設(shè)備 的光軸方向進(jìn)行數(shù)次位移，在移動(dòng)平移臺(tái)至不同高度時(shí)，獲取此高度下標(biāo)定用像素點(diǎn)的絕 對(duì)相位值，并記錄相應(yīng)的平移臺(tái)高度值；
[0009] 對(duì)獲得的平移臺(tái)的高度值與相應(yīng)的標(biāo)定用像素點(diǎn)的絕對(duì)相位值進(jìn)行線性擬合，建 立遠(yuǎn)心成像的三維形貌測(cè)量系統(tǒng)中絕對(duì)相位值與平移臺(tái)高度值的轉(zhuǎn)換關(guān)系；
[0010] 步驟S3 :通過標(biāo)定遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的參量，將遠(yuǎn)心攝像設(shè)備圖像平面上的像素坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)。
[0011] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：
[0012] 進(jìn)一步，所述步驟S2,其具體包括：
[0013] 步驟S21 :控制所述平移臺(tái)在所述遠(yuǎn)心投影設(shè)備和遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的共同景深范圍 內(nèi)，調(diào)整所述平移臺(tái)使它處于高度測(cè)量范圍的最低位置，記下平移臺(tái)的最低高度Z tl;
[0014] 步驟S22 :利用計(jì)算機(jī)編寫周期為Ttl的正弦條紋圖植入所述遠(yuǎn)心投影設(shè)備，使所 述遠(yuǎn)心投影設(shè)備向所述平移臺(tái)投射周期恒定的四幅正弦條紋圖；所述四幅正弦條紋圖以第 一幅正弦條紋圖為基礎(chǔ)分別進(jìn)行了 2 31 L/4(L = 0, 1，2, 3)的相移；所述遠(yuǎn)心攝像設(shè)備按順 序采集四幅條紋圖；選取所述遠(yuǎn)心攝像設(shè)備圖像平面上的任一像素點(diǎn)作為標(biāo)定用像素點(diǎn)， 設(shè)所述標(biāo)定用像素點(diǎn)在所述遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo)為（μ，V);所述標(biāo) 定用像素點(diǎn)的光強(qiáng)IJ μ，V )表達(dá)式為：
[00151
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種遠(yuǎn)心成像的三維形貌測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特征在于：所述標(biāo)定方法包括如下 步驟： 步驟Sl :搭建遠(yuǎn)心三維形貌測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括：遠(yuǎn)心投影設(shè)備、遠(yuǎn)心攝像設(shè) 備、平移臺(tái)；遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的光軸垂直于水平放置的平移臺(tái)，遠(yuǎn)心投影設(shè)備的光軸與平移臺(tái) 成一夾角，并控制遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的光軸與遠(yuǎn)心投影設(shè)備的光軸處于同一平面內(nèi)； 步驟S2 :使平移臺(tái)處于遠(yuǎn)心投影設(shè)備和遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的共同景深范圍內(nèi)，控制遠(yuǎn)心投 影設(shè)備對(duì)平移臺(tái)投射正弦條紋圖，遠(yuǎn)心攝像設(shè)備采集所述正弦條紋圖，選取遠(yuǎn)心攝像設(shè)備 圖像平面上的任一像素點(diǎn)作為標(biāo)定用像素點(diǎn)，利用多步相移法解得該標(biāo)定用像素點(diǎn)的絕對(duì) 相位值，并記錄此時(shí)的平移臺(tái)高度值； 控制平移臺(tái)在遠(yuǎn)心投影設(shè)備和遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的共同景深范圍內(nèi)沿遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的光 軸方向進(jìn)行數(shù)次位移，在移動(dòng)平移臺(tái)至不同高度時(shí)，獲取此高度下標(biāo)定用像素點(diǎn)的絕對(duì)相 位值，并記錄相應(yīng)的平移臺(tái)高度值； 對(duì)獲得的平移臺(tái)的高度值與相應(yīng)的標(biāo)定用像素點(diǎn)的絕對(duì)相位值進(jìn)行線性擬合，建立遠(yuǎn) 心成像的三維形貌測(cè)量系統(tǒng)中絕對(duì)相位值與平移臺(tái)高度值的轉(zhuǎn)換關(guān)系； 步驟S3 :通過標(biāo)定遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的參量，將遠(yuǎn)心攝像設(shè)備圖像平面上的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 為世界坐標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種遠(yuǎn)心成像的三維形貌測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特征在于：所 述步驟S2,其具體包括： 步驟S21 :控制所述平移臺(tái)在所述遠(yuǎn)心投影設(shè)備和遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的共同景深范圍內(nèi)， 調(diào)整所述平移臺(tái)使它處于高度測(cè)量范圍的最低位置，記下平移臺(tái)的最低高度 步驟S22 :利用計(jì)算機(jī)編寫周期為Ttl的正弦條紋圖植入所述遠(yuǎn)心投影設(shè)備，使所述遠(yuǎn) 心投影設(shè)備向所述平移臺(tái)投射周期恒定的四幅正弦條紋圖；所述四幅正弦條紋圖以第一幅 正弦條紋圖為基礎(chǔ)分別進(jìn)行了 2 π L/4(L = 0, 1，2, 3)的相移；所述遠(yuǎn)心攝像設(shè)備按順序采 集四幅條紋圖；選取所述遠(yuǎn)心攝像設(shè)備圖像平面上的任一像素點(diǎn)作為標(biāo)定用像素點(diǎn)，設(shè)所 述標(biāo)定用像素點(diǎn)在所述遠(yuǎn)心攝像設(shè)備的圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo)為（μ，V);所述標(biāo)定用 像素點(diǎn)的光強(qiáng)μ，