[发明专利]一种基于空间坐标计算的面形测量方法与系统

权利要求书

1.一种基于空间坐标计算的面形测量方法，其特征在于，包括：

模拟产生光栅条纹，并投影到被测物体的表面；

采集条纹变形前和变形后的图像；

利用光流法得到条纹变形前后图像之间的光流场速度分量，得到参考平面上观察点在变形后的空间位置坐标；

确定参考平面上观察点在变形后的空间位置坐标后，利用投影光线和摄像机视线之间的空间交点坐标，建立条纹变形前后图像之间的光流矢量、空间交点坐标和被测物体高度的关系表达式，进而得到被测物体的三维面形高度分布。

2.如权利要求1所述的一种基于空间坐标计算的面形测量方法，其特征在于，

所述采集条纹变形前和变形后的图像具体为：

取xoy水平面为参考平面，在参考平面上放置被测物体前，通过投影仪将模拟产生的光栅条纹投影到参考平面上，通过CCD摄像机采集未经被测物体表面调制的条纹图像，得到条纹变形前图像；

在参考平面上放置被测物体后，通过CCD摄像机采集经被测物体表面调制后的条纹图像，得到条纹变形后图像。

3.如权利要求1所述的一种基于空间坐标计算的面形测量方法，其特征在于，

所述利用光流法得到条纹变形前后图像之间的光流场速度分量，得到参考平面上观察点在变形后的空间位置坐标具体包括：

在参考平面上放置被测物体前，选取参考平面上观察点A，CCD摄像机采集到观察点A对应的点A_i，计算得到A_i点的位置矢量；

在参考平面上放置被测物体后，经过Δt时间，参考平面上观察点A移动到位置B处，在CCD摄像机的采集条纹变形后图像上，点A_i移动到点B_i处，基于光流场计算在条纹变形前后图像上观察点A_i的位移分量。

4.如权利要求3所述的一种基于空间坐标计算的面形测量方法，其特征在于，

所述观察点A(x,y,-z₀)，其位置矢量为点A_i(x_i,y_i,f′)，位置矢量为计算得到A_i点的位置矢量，即

其中，Mc为相机的放大倍数。

5.如权利要求3所述的一种基于空间坐标计算的面形测量方法，其特征在于，

基于光流场计算在条纹变形前后图像上观察点A_i(x_i,y_i,f′)的位移分量(Δx_i,Δy_i)，即Δx_i＝uΔt，Δy_i＝vΔt；

采用H-S光流算法，条纹变形前后图像之间对应的像素具有近似相同的强度，即

I(x_i,y_i,t)＝I′(x_i+Δx_i,y_i+Δy_i,t+Δt)，

将I′泰勒展开并忽略高次项，得到光流方程为：

I_xiu+I_yiv+I_t＝0，

其中I_xi、I_yi和I_t为灰度I对于x_i、y_i和t的偏导数；

光流场(u,v)的计算表达式为：

其中，α为平滑因子，uⁿ⁺¹和vⁿ⁺¹为图像的每点经过第n+1次迭代后得到的速度分量，即两个图像之间的运动矢量场分量，n为迭代次数，和对应以(x_i,y_i)为中心给定区域内u和v的均值。