[发明专利]基于移相条纹投影的位相-高度关系校准方法

说明书

本发明公开了一种基于移相条纹投影的位相‑高度关系校准方法，包括：确定校准体和参考平面；将投影仪和CCD相机组装构成测量头，并相对于参考平面固定放置；分别利用三步相移法计算参考平面的相移条纹图和校准体的相移条纹图；将参考平面的相移条纹图和校准体的相移条纹图计算所得的位相相减，得到标准体相对于参考平面的位相变化；在位相变化中任取两行数据，根据该两行数据相应校准体表面高度，计算出位相‑高度关系系数。本发明只需一次测量、计算过程便可以获得整个测量范围内的位相‑高度关系系数，具有快速和易于使用的特点。

技术领域

本发明涉及三维测量系统校准技术领域，更具体的说是涉及一种基于移相条纹投影的位相-高度关系校准方法。

背景技术

光学三维形状测量系统，由于其以点云的形式从表面捕获形状数据，对产品检测也有很大的潜力。使得制成品的非接触式检验在不同的领域取得了成功，如汽车工业、半导体检验、食品和制药制造等领域。光学三维形状测量系统还可以允许制造商逐个检查货物(硅晶片、半导体芯片或油漆车辆的表面)是否有缺陷，目的是一旦发现缺陷就控制工业过程的参数。该技术具有的灵活性、可靠性、更高的操作速度、一致性和客观性使它们与传统的测量系统相比更具竞争力。

校准是基于视觉的测量系统测量过程的基本要求，因为它评估了从摄像机获得的二维图像中推断三维信息所必需的视觉系统参数。由于其对最终测量值的总体精度的影响，以及许多采集任务必须在现场进行，而且通常要在有限的时间内进行，校准一直是大量研究工作的主题。

现有的校准方法经常需要通过调节相机和投影仪的相对位置来改变，使其适应于被测表面，但在每次改变位置和光学配置后，系统必须重新校准，操作比较繁琐。需要在测量范围内多次移动一个平行于参考平面的校准平面使其与参考面有不同的距离；或在最大测量范围内至少需要两个平行位置和一个倾斜板。因此，需要多次重复测量、计算过程来得到整个测量范围内的位相-高度关系系数。

因此，如何提供一种能够快速、易于使用、且能简化测量计算过程的位相-高度关系校准方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于移相条纹投影的位相-高度关系校准方法，只需一次测量、计算过程便可以获得整个测量范围内的位相-高度关系系数，具有快速和易于使用的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于移相条纹投影的位相-高度关系校准方法，包括：

确定校准体和参考平面；

将投影仪和CCD相机组装构成测量头，并相对于所述参考平面固定放置；

利用所述投影仪对所述参考平面投射一组正弦函数条纹图，由所述CCD相机记录所述参考平面上的条纹图，并利用三步相移法计算所述参考平面的相移条纹图φ_R(x,y)；

将所述校准体放置到所述参考平面上，利用所述投影仪对所述校准体投射一组正弦函数条纹图，由所述CCD相机记录所述校准体上的条纹图，并利用三步相移法计算所述校准体的相移条纹图φ_O(x,y)；

将φ_O(x,y)和φ_R(x,y)相减，得到所述标准体相对于所述参考平面的位相变化p(x,y)；

在位相变化p(x,y)中任取两行数据，根据该两行数据相应所述校准体表面高度，计算出位相-高度关系系数。

进一步的，在上述一种基于移相条纹投影的位相-高度关系校准方法中，所述校准体具有倾斜面，且倾斜面的高度覆盖整个测量高度，宽度大于等于最大测量宽度。

进一步的，在上述一种基于移相条纹投影的位相-高度关系校准方法中，所述校准体的形状为斜面体或屋脊面。