[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

说明书

本发明涉及基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量装置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，相机的拍摄方向和投影仪的投影方向均朝向标定板设置，相机和投影仪连接有计算机。其测量方法为：1.标定相机内部参数，2.标定相机间外部参数和投影仪内部参数，3.标定投影仪与相机之间的外部参数，4.三维形貌测量，5.三维形貌变形测量。本发明方法兼顾视场和精度，增加相机实现视场的扩大，且单个相机的精度不受影响；本发明标定方法简单易实行，通过改变标定板位置，完成多相机的标定，通过对栅线标定板的处理，实现投影仪的标定及整个系统标定；本发明方法具有无损、非接触、测量条件宽松等优点。

技术领域

本发明涉及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，属于相机群系统标定技术领域。

背景技术

栅线投影是三维测量中的主动测量方式，利用投影仪投射栅线，主动在被测物体表面增加纹理信息，相机在另一个角度采集受到物体表面高度调制的栅线条纹图案，将结构光测量转换成双目系统，依据三角测量原理，计算物体的三维形貌。DIC技术通过子区匹配得到待测点变形前后的图像坐标，将栅线投影和DIC技术结合，主动增加散斑信息，计算得到变形前后待测点的三维空间坐标，最后以此计算得到全场三维应变。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供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，其具体技术方案如下：

基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量装置，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

基于相机和投影群阵列的三维形貌的变形测量方法，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；