[发明专利]一种微纳米量级的二元面结构光检测方法及系统

权利要求书

1.一种微纳米量级的二元面结构光检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：对CCD摄像机及面结构光投影仪进行标定；

第二步：由LED灯发出定向光源，经过物方像方远心镜组，将光源面积缩小后进入光纤束，光源经过光纤束投射至微小目标物体所在场景，反射的光线通过高倍显微镜放大，CCD摄像机获取放大后的图像并将图像传送至视觉处理系统，由视觉处理系统的自适应目标轮廓识别模块匹配出与目标物体近似的轮廓，得出待测物在平面的坐标及复杂度信息，对目标物体的位置进行粗略对准；

第三步：根据自适应目标识别轮廓模块得出的轮廓信息，然后根据显微透镜参数计算出的原始未放大的图像的相对面积，对结构光进行编码，使面结构光的精度满足目标物体的复杂度及大小，面结构光经过物方像方远心镜组，将面结构光投影仪投射出的光缩小后进入光纤束，经光纤束传输，从光纤束末端投射出至第二步中粗对准的微小目标物体表面；

第四步：CCD摄像机获取经由高倍显微镜放大后的结构光调制图像，然后对图像进行解码，利用光学三角法进行三维坐标变换，求解图像的深度信息；

该二元面结构光检测方法还包括：

第五步：在放大后的调制图像中进行坐标变换得到的结构光三维点后，将结构光特征点和LED光轮廓获取的梯度信息、边缘强度信息参量结合，将轮廓的多参量信息与三维点云的分割信息结合，在像素平面中，将邻接的结构光点生成网格线，在网格线和梯度信息的交叉处插入新的三维点，更新插入新三维点云后进一步细化三维网格，新插入三维点的深度信息由细分规则得出；进行曲面拟合，得到最终的三维图像。

2.根据权利要求1所述的二元面结构光检测方法，其特征在于，面结构光投影仪采用现场标定方法，步骤如下：

第1步：获取标定棋盘及投影光源照片；

第2步：平面的世界坐标系获取，通过4组标定板照片上的特征点照片，可以获取4组标定板所在平面的世界坐标系；

第3步：平面上各个角点世界坐标的获取，由于标定板所在的平面世界坐标系和网格结构光所在的平面为同一平面，根据各网格的交点在图像上的坐标，可以获得所有网格相交的角点所在的世界坐标系上的空间位置，通过对网格照片的阈值化，检测亚像素级角点，获取所有网格角点在图像坐标系中的位置；

第4步：各网格角点标定参数的获取，令被测物体的世界坐标系为{W}，摄像机坐标系为{C}，结构光坐标系为{P}，角点P_p(U_p,V_p)，照射到被测物上点P_w(X_w,Y_w,Z_w)，P_w在图像平面上成像点位P_c(U_c,V_c),光平面上的结构光点P_p(U_p,V_p)，和在世界坐标系上的坐标值P_w(X_w,Y_w,Z_w)，可以推出其满足以下关系：

式中:K是非零系数；A_P是光信息编码结构光的内约束参数矩阵，R与T分别表示结构光坐标系关于靶标所在世界坐标系之间的旋转矩阵和平移向量，即需要通过标定，求得A_P，R与T的值，得到网格角点在光平面和世界坐标系上的转换公式，根据4组各角点所在的世界坐标系上的位置，代入角点在光平面和世界坐标系上的转换公式(1)，可以求得A_P，R与T的值，即得到角点在光平面和世界坐标系上的转换公式。

3.根据权利要求2所述的二元面结构光检测方法，其特征在于，在所述第1步中，包括如下步骤：

第(1)步：在工作台上，放置一四角高低可调平面板，在平面板上放置摄像机平面标图案，该标定板的设计采用2*2像素为一格，总数为11*15格的黑白微小棋盘板，通过微调节螺母改变标定板的姿态，CCD摄像机拍摄一张经由显微透镜组放大后的标定板图像；

第(2)步：拿走标定板，保持可调平面板不动，打开结构光源后再由CCD摄像机拍摄一张照片；

第(3)步：移动平面物件的姿态和位置，重复第(1)步和第(2)步，共计获取4组照片，其中标定板画面照片4张，结构光画面图片4张。