[发明专利]基于二维刻度尺的离轴圆条纹投影测量零相位点求解方法

说明书

基于二维刻度尺的离轴圆条纹投影测量零相位点求解方法，先搭建离轴圆条纹投影测量系统，设计一种二维刻度尺；再生成一幅十字线图像，借助测量系统的投影单元对十字线图像投影，投影到二维刻度尺上，记录十字线图像中心在二维刻度尺上的十字线中心物理坐标和十字线中心像素坐标；然后借助测量系统的成像单元对二维刻度尺成像，选定成像点，记录成像点像素坐标及在二维刻度尺上的成像点物理坐标；最后由十字线中心物理坐标、成像点像素坐标、成像点物理坐标以及离轴圆条纹投影测量系统参数，建立方程，求解得到离轴圆条纹投影测量系统测量时采样圆条纹图的零相位点像素坐标；本发明有助于提高圆条纹投影轮廓术的三维测量性能。

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，具体涉及一种基于二维刻度尺的离轴圆条纹投影测量零相位点求解方法。

背景技术

全场三维测量在质量检测、逆向工程、交互式设计、医疗、农业等领域有着越来越广泛的需求，国内外对于三维测量技术的研究也日益广泛，涌现出了一批特点各异的光学三维测量方法。圆条纹投影轮廓术是发明人所在团队近期提出的一种新型光学三维测量技术，为机械零部件等的高精度三维测量提供了一种新选择。但该技术高度重建采用反正切函数，因而在共轴布置时，采样圆条纹图零相位点存在测量盲区，其附近区域存在对噪声的放大效应，会显著降低测量精度。鉴于此，需要采用离轴布置方式实现圆条纹投影轮廓术，提高测量性能。但离轴圆条纹投影轮廓术的零相位点不在采样圆条纹图上，但其为高度求解的必须参量。因而，亟需解决离轴圆条纹投影轮廓术零相位点的求解问题。

由于圆条纹投影轮廓术是一种新型光学三维测量技术，相关研究并不广泛，离轴圆条纹投影轮廓术更是鲜有相关研究。针对上述问题的研究尚属空白，亟需进行。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于二维刻度尺的离轴圆条纹投影测量零相位点求解方法，提高圆条纹投影轮廓术的三维测量性能。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于二维刻度尺的离轴圆条纹投影测量零相位点求解方法，包括以下步骤：

步骤1：搭建离轴圆条纹投影测量系统，实现离轴圆条纹投影测量系统相对位姿的精确调整；

步骤2：设计一种二维刻度尺，并且按照测量要求完成对其有效布置；

步骤3：通过软件编码生成一幅十字线图像，借助离轴圆条纹投影测量系统中的投影单元实现对所生成十字线图像投影，投影到二维刻度尺上，记录十字线图像中心在二维刻度尺上的物理坐标；

步骤4：借助离轴圆条纹投影测量系统中的成像单元对二维刻度尺成像，选定一个成像点，记录成像点像素坐标及在二维刻度尺上的成像点物理坐标；

步骤5：由十字线中心物理坐标、成像点像素坐标、成像点物理坐标以及离轴圆条纹投影测量系统参数，建立方程，求解得到离轴圆条纹投影测量系统测量时采样圆条纹图的零相位点像素坐标。

所述的步骤1中的离轴圆条纹投影测量系统，由投影单元和配置远心镜头的成像单元构成，投影单元光轴与成像单元光轴需要在空间上偏离一定距离，在成像单元视场位于投影单元视场内的前提下应使投影单元光轴尽可能远离成像单元光轴。

所述的步骤2的二维刻度尺需要满足：首先，能够高精度标识二维尺寸，零点清晰；其次，保证十字线中心能落到二维刻度尺上的同时至少有部分区域位于成像单元视场内；第三，用于零相位点求解时，二维刻度尺法线需要保证与投影光轴平行。

所述的步骤2的二维刻度尺通过各种设计软件进行设计，然后采用打印或机械加工方法制作。