[发明专利]一种基于数字散斑的远心显微双目立体视觉测量方法

说明书

本发明公开了一种基于数字散斑的远心显微双目立体视觉测量方法，包括以下步骤：1)搭建远心显微双目立体视觉测量平台2)对测量平台进行标定，确定左、右远心相机的内外参数及相对位置关系；3)通过投影仪在微小物体表面投射数字散斑图案；4)利用左、右远心相机同时拍摄表面覆盖有散斑图案的待测微小物体，采集左散斑图像和右散斑图像；5)对左散斑图像和右散斑图像进行图像匹配，获取左散斑图像和右散斑图像中对应点的匹配关系，根据左、右远心相机的内外参数、相对位置关系获得微小物体的三维点云数据；6)根据三维点云数据重建微小物体的三维形貌，获取待测微小物体三维尺寸信息。本发明具有测量速度快，测量精度高等优点。

技术领域

本发明属于立体视觉测量领域，更具体地，涉及一种基于数字散斑的远心显微双目立体视觉测量方法。

背景技术

双目立体视觉技术作为一种非接触的测量方法，被广泛应用于物体尺寸的三维测量中。目前该技术主要分为两类：传统的被动式双目立体视觉测量和基于结构光的主动式双目立体视觉测量。被动式双目立体视觉测量技术是根据同一个三维空间点在不同空间位置的两个摄像机拍摄的图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值，进而得出物体尺寸的三维测量值。主动式双目立体视觉测量技术通过光学方法主动在物体表面创造特征或将物体表面形貌信息调制到光束中，由相机进行捕获，然后通过立体匹配或解调算法来获取物体表面的三维信息。

目前，双目立体视觉技术，无论是被动式测量还是主动式测量，其测量对象主要是宏观物体，而针对微观物体的双目立体视觉测量，则研究较少。主要原因在于：测量对象小，测量精度要求相对较高，需要借助显微镜头进行放大；同时为解决显微镜头视场、景深与分辨能力之间存在的相互矛盾的关系，需要采用远心显微镜头；被动式方法获得的显微图像抗干扰能力差，容易受光照及外界测量环境的影响，从而造成全局密集匹配困难，测量精度低；而主动式方法中，条纹投影，条纹间隔较大，投影在物体表面上的条纹数量少，测量误差较大，干涉法则光路复杂，对外界环境要求较高，网格法需要在被测物体表面制造精细标准的网格，标志点法需要在被测物体表面贴上一些标志点，都不适合微小对象高精度的检测。

同时，基于数字散斑的图像相关方法作为一种主动式方法，目前主要用于被测物体表面变形应变分析和测量，且多用于宏观物体的检测。在微观领域，基于体视显微镜的显微数字散斑三维测量，存在光路固定、纵向测量范围较小、测量精度较低等问题；而与扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)配合的显微数字散斑三维测量，则需要进行多个角度的测量，测量设备昂贵，测量过程繁琐，可测量范围较小。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于数字散斑的远心显微双目立体视觉测量方法，其将数字散斑技术与远心显微双目立体视觉测量相结合，减少了光照及周围测量环境对显微图像的影响，提升了显微测量的鲁棒性及测量精度，具有测量速度快，测量过程简单，测量设备费用较低，测量精度高等优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于数字散斑的远心显微双目立体视觉测量方法，其可测量微小物体的三维尺寸并得到高精度测量结果，具体包括以下步骤：

(1)搭建远心显微双目立体视觉测量平台，该平台包括均由远心物镜和CCD图像传感器组成的左、右远心相机以及用于投影数字散斑的投影仪；

(2)对所述远心显微双目立体视觉测量平台进行标定，利用所述左、右远心相机同时拍摄网格式平面标定板，获取两个标定板图像，提取所述两个标定板图像中的特征点，根据特征点在像素坐标系和世界坐标系中的对应关系，确定左、右远心相机的内外参数及左、右远心相机的相对位置关系；

(3)通过所述投影仪在待测微小物体表面投射计算机产生的随机数字散斑图案，调整投影仪与待测微小物体的相对位置，保证待测微小物体表面覆盖有清晰、对比度良好的散斑图案；