[发明专利]基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量装置及方法

权利要求书

1.基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量装置，其特征在于：包括一组以上的标定板、若干个相机构成的相机阵列和若干个投影仪构成的投影仪阵列，所述相机的拍摄方向和投影仪的投影方向均朝向标定板设置，所述相机和投影仪连接有计算机。

2.根据权利要求1所述的基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量装置，其特征在于：所述标定板设置有两组，分别为小平面标定板组和大平面标定板组，所述小平面标定板组进行相机内部参数的标定，小平面标定板组采用黑/白的棋盘格图案标定板，小平面标定板组放置在与其对应的相机的视场范围内，所述大平面标定板组用于相机之间相对外部参数的标定、投影仪内部参数标定和投影仪与相机之间相对外部参数的标定，所述大平面标定板组采用红/蓝编码点标定板，大平面标定板组放置在与其对应的2*2相机阵列视场范围内。

3.根据权利要求1所述的基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量装置，其特征在于：所述相机阵列中的每个相机的分辨率不低于2000*2000，所述投影仪阵列中的每个投影仪对应2*2的相机阵列视场。

4.基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：标定相机内部参数，将每个小平面标定板组放置在每个相机的视场范围内，在移动或转动小平面标定板组的同时，相机对小平面标定板组进行拍摄，根据小平面标定板组上的标定特征，标定每个相机的内部参数；

步骤2：标定相机间外部参数和投影仪内部参数，选择一个相机作为第一相机，将每个大平面标定板组放置在相机2*2阵列的视场范围内，投影仪对大平面标定板组投射影像，相机阵列采集不同状态下的大平面标定板组图像，根据图像中编码点坐标与编码点的三维空间坐标的关系，标定出每个相机相对于大平面标定板组的外部参数，然后通过矩阵转换关系，把世界坐标系统一到第一相机上；与此同时，将每个大平面标定板组放置在投影仪视场范围内，投影仪投射水平和垂直方向的两组栅线，相机阵列采集不同状态下的大平面标定板组图像，根据两个方向的条纹图案，求出大平面标定板组上两个方向每个编码点的绝对相位，根据图像中条纹图案的绝对相位和投影仪中条纹图案的绝对相位，找到相机图像中编码点的坐标所对应的投影仪图像中编码点的坐标，最后根据投影仪图像中编码点的坐标和编码点的三维空间坐标，标定投影仪的内部参数；

步骤3：标定投影仪与相机之间的外部参数，从步骤2中可得，相机图像中编码点的坐标、投影仪图像中编码点的坐标以及编码点的三维空间坐标，根据双相机标定方式把投影仪和相机的相对外部参数标定出来，再通过矩阵转换关系，把世界坐标系统一到第一相机上；

步骤4：三维形貌测量，将被测物体放置在测量装置的视场范围内，投影仪阵列投射水平和垂直两个方向上的多频栅线条纹组，相机阵列的每个相机同时采集图像，对每个相机采集到的图像和投影仪投射的标准图像进行相移、解包裹，求出相机图像中被测物体的绝对相位以及条纹图案的绝对相位，然后根据相机的图像坐标与被测物体的绝对相位，找到被测物体对应点在投影仪图像中的坐标，根据相机图像中的坐标和投影仪图像中的坐标以及系统的内外部参数，获得物体的三维空间坐标；

步骤5：三维形貌变形测量，测量前，在被测物体表面制备散斑，将被测物体放置在相机阵列的视场范围内，利用相机获得被测物体表面变形前的数字图像，接着对被测物体施加压力或使被测物体产生微小位移，再次利用相机获得被测物体表面变形后的数字图像，通过图像匹配法计算得到变形前后数字图像中待测点的图像坐标，完成相关匹配，通过步骤4，计算得到变形前后待测点的三维空间坐标，根据变形前后三维空间坐标解算得到全场变形。

5.根据权利要求4所述的基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量方法，其特征在于：所述步骤2中选择4*4的相机阵列，相机之间等间距呈正方形排布，4*4的相机阵列通过9次矩阵转换使得所有相机的坐标系统一到第一相机。