[发明专利]柔性网状面形照相测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单相机的柔性网状面形照相测量方法，尤其适用于射电望远镜或雷达天线网状面板的面形的检测。

背景技术

射电望远镜或雷达天线常用的无孔实体面板的检测和调整已经有众多的理论和方法，测量手段也各不相同且各具优势，如光学方法、射电全息法、激光测量方法等，但是对网状面板的面形测量却一直没有很好的简单快捷的检测方法。网状面板曲面一般是抛物面，常用尺寸大小一般达2m x 2m，一般选用直径约0.5mm的钢丝，网孔大小一般约10mm。网状面形的特性决定了其检测的难度和复杂性。网状面板一般由钢丝网编制而成，具有较大的柔性，存在易变形的缺点，因此对其测量首先应采用非接触式测量；其次，网状面板不适用于直接采用任何反射型光学测量方法；另外，网状反射面板本身的工作要求决定了测量精度要求并不高，一般约1mm RMS，因此，不必采用高精度的昂贵的复杂的测量仪器和手段。

目前对网状面板的检测一般采用三坐标测量仪和经纬仪。采用三坐标测量仪时，一般在测头上安装适当大小的过渡片，以避免测头穿过网面的网孔，并设置很小的接触力，以避免测头工作时对网面产生过多的接触位移。这种方法，因采用三坐标测量仪，首先很昂贵；其次环境要求很高，而效率很低；再者，属于接触式测量，测头的接触不可避免地造成网面变形和测量误差。采用经纬仪测量时，必须在网面上贴适当数量的特制标志靶，事后还须去除，然后逐点瞄准测量。这种方法本质上属于反射型光学测量，费时费力，测量成本较高，而效率很低。

随着摄像测量技术的发展，结构光学测量法，因其非接触性、高效率等优点，逐渐在大尺寸面形的测量上得到广泛应用。结构光学测量系统一般由照相机、投影机和计算机组成。由于网状面板的钢丝相对于面板尺寸过于细窄，照相机无法得到具有投影特征的图像，因此结构光学测量法在网面检测中不可行。

在众多测量手段中，综合考虑测量效率、测量精度及测量可行性，基于立体视觉照相测量法最为适用于对网面的测量。但是传统的双目立体视觉照相测量法需要两台相机，并且需要设计制作安装和调节相机姿态的支架，这样，不同大小的网面检测对支架可调节的姿态范围的需求也不尽相同。考虑到两台相机的标定、相机间的姿态变化和调整、测量过程中的换算，以及测量系统本身的成本，双目立体视觉照相测量法在网面的测量中仍然不具有突出的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单相机的柔性网状面形的照相测量方法，该方法是为了实现上述射电望远镜或雷达天线的网状面板检测，并为了通过简单易行的工艺设计，成本较低地实现批量网状面板的检测。

完成上述发明任务所采用的技术方案是：一种基于单相机的柔性网状面形的照相测量方法，其特征在于，步骤如下，

(1).用一台相机对预先印制的黑白栅格模板在网状面板面形检测现场以不同位姿，进行拍摄；

(2).利用步骤(1)拍得的照片对相机进行标定，计算出相机的内参数和不同姿态下的外参数；

(3).用步骤(1)的同一台相机，在至少两个不同的位置上将网状面板和栅格模板作为整体进行拍摄；

(4).从步骤(3)拍得的照片中读取模板栅格从而计算出相机在进行照相测量时的位姿，并读取和分析照片中网面节点；

(5).结合步骤(2)得到的相机参数和算得的位姿来重建网面的面形；

(6).根据网面的理论面形方程进行曲面拟合，统计面形误差。

以上所述的“不同位姿”是指采用六个自由度的不同姿态。

换言之，本发明的方案如图1所示：首先，用一台商业级相机对预先印制的黑白栅格模板在网状面板面形检测现场以不同位姿，即六个自由度姿态，进行拍摄，利用拍得的照片对相机进行标定，计算出相机的内参数和不同姿态下的外参数；然后，在至少两个不同的位置上将网状面板和栅格模板作为整体进行拍摄(参见图2中所示的样图)，从拍得的照片中读取模板栅格从而计算出相机在进行照相测量时的位姿，并读取和分析照片中网面节点，这样，结合之前相机标定的参数和算得的位姿来重建网面的面形；最后，根据网面的理论面形方程进行曲面拟合，统计面形误差。

本发明的工作原理是：设网面节点在照片中的坐标为(u_a，v_a)，因相机光学系统并非理想系统，必存在畸变，所以设其畸变补偿量为(△u_a，Δv_a)，这样，其理想成像的坐标(u_i，v_i)为：