[发明专利]一种远心成像的三维形貌测量系统标定方法

权利要求书

1.一种远心成像的三维形貌测量系统标定方法，其特征在于：所述标定方法包括如下步骤：

步骤S1:搭建远心三维形貌测量系统，所述测量系统包括：远心投影设备、远心摄像设备、平移台；远心摄像设备的光轴垂直于水平放置的平移台，远心投影设备的光轴与平移台成一夹角，并控制远心摄像设备的光轴与远心投影设备的光轴处于同一平面内；

步骤S2：使平移台处于远心投影设备和远心摄像设备的共同景深范围内，控制远心投影设备对平移台投射正弦条纹图，远心摄像设备采集所述正弦条纹图，选取远心摄像设备图像平面上的任一像素点作为标定用像素点，利用多步相移法解得该标定用像素点的绝对相位值，并记录此时的平移台高度值；

控制平移台在远心投影设备和远心摄像设备的共同景深范围内沿远心摄像设备的光轴方向进行数次位移，在移动平移台至不同高度时，获取此高度下标定用像素点的绝对相位值，并记录相应的平移台高度值；

对获得的平移台的高度值与相应的标定用像素点的绝对相位值进行线性拟合，建立远心成像的三维形貌测量系统中绝对相位值与平移台高度值的转换关系；

步骤S3：通过标定远心摄像设备的参量，将远心摄像设备图像平面上的像素坐标转换为世界坐标。

2.根据权利要求1所述一种远心成像的三维形貌测量系统标定方法，其特征在于：所述步骤S2，其具体包括：

步骤S21：控制所述平移台在所述远心投影设备和远心摄像设备的共同景深范围内，调整所述平移台使它处于高度测量范围的最低位置，记下平移台的最低高度z₀；

步骤S22：利用计算机编写周期为T₀的正弦条纹图植入所述远心投影设备，使所述远心投影设备向所述平移台投射周期恒定的四幅正弦条纹图；所述四幅正弦条纹图以第一幅正弦条纹图为基础分别进行了2πL/4的相移；所述远心摄像设备按顺序采集四幅条纹图；选取所述远心摄像设备图像平面上的任一像素点作为标定用像素点，设所述标定用像素点在所述远心摄像设备的图像坐标系中的像素坐标为(μ,ν)；所述标定用像素点的光强I_L(μ,ν)表达式为：

其中L＝0,1,2,3，a(μ,ν)为背景光强，b(μ,ν)为条纹对比度，为标定用像素点(μ,ν)处的绝对相位值；

按照四步相移法，可求得所述标定用像素点(μ,ν)处的包裹相位为φ(μ,ν)：

$\mathrm{\φ}(\mathrm{\μ},\mathrm{\ν})=\arctan \[\frac{{\mathrm{\Σ}}_{L=0}^3{I}_L(\mathrm{\μ},\mathrm{\ν})sin\frac{2\mathrm{\π}L}{4}}{{\mathrm{\Σ}}_{L=0}^3{I}_L(\mathrm{\μ},\mathrm{\ν})\cos \frac{2\mathrm{\π}L}{4}}\]---\left(2\right)$

由于包裹相位的值域被切断在[-π,π]之间，须将其进行相位展开，得到所述标定用像素点(μ,ν)处绝对相位值为：

其中k(μ,ν)＝±1；

步骤S23：控制所述平移台在所述远心投影设备和远心摄像设备的共同景深范围内沿所述远心摄像设备的光轴方向等间距移动△z的距离，使所述平移台处于z_j＝z₀+j△z(j＝0，1，2，……，n)的不同高度处，按照所述步骤S22的方法分别求得当平移台处于z_j(j＝0,1,2,……,n)的高度时标定用像素点(μ,ν)处绝对相位值

步骤S24：对获得的平移台的不同高度z_j(j＝0,1,2,……,n)与相应的标定用像素点(μ,ν)的绝对相位值进行线性拟合；得到远心成像的三维形貌测量系统中绝对相位值与高度的线性转换关系式：

其中M为线性比例因子、z为平移台的高度。