[发明专利]基于相位法的三维轮廓测量方法

摘要

本发明公开了一种基于相位法的、可以任意设置摄像机和投影装置相对位置关系的三维轮廓测量方法，其步骤包括：(1)用非线性方法标定摄像机内部参数；(2)构建测量系统，使投影仪的投影区域和摄像机的视野可以同时覆盖被测物体需要测量的表面区域；(3)建立系统测量关系式，即相位和物点三维坐标之间的映射关系，测量关系式中的参数即为待标定的系统参数；(4)将标定板放置于测量范围内的3～4个不同的任意位置，采集样本点，将得到的样本点集合代入测量关系式中，解出系统参数；(5)得到系统参数后，将被测物体放置于测量范围内，由相位法得到条纹图像的相位值，代入系统测量关系式和摄像机模型，得到物体的三维轮廓。

主权项

1、一种基于相位法的三维轮廓测量方法，其特征在于：步骤1：用非线性方法标定摄像机内部参数；步骤2：构建测量系统：将投影仪、摄像机分别与计算机相连，调整投影仪和摄像机的位置，使投影仪的投影区域和摄像机的视野可以同时覆盖被测物体需要测量的表面区域；步骤3：建立系统测量关系式：利用投影仪投影光栅条纹，由摄像机得到光栅图像，再用相位法求出图像上各像点的相位值，然后建立相位和物点三维坐标之间的测量关系式，该测量关系式为：$\theta =\frac{a_1{X}_c+a_2{Y}_c+a_3{Z}_c+a_4}{a_5{X}_c+a_6{Y}_c+a_7{Z}_c+a_8}$ 其中，(Xc，Yc，Zc)为物点在摄像机坐标系中的三维坐标，θ为相位值，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8为待标定的系统参数；步骤4：标定系统参数：将标定板(如附图2所示)放置于测量范围内的某任意位置，用摄像机得到标定板的图像，由标定板上各标定点Qi(ai，bi)的像点坐标(mi，ni)(i＝1，2，…，k)，以及标定板坐标系、摄像机坐标系的相对旋转、平移关系，得标定板上点的图像坐标(m，n)与相应的物点坐标(Xc，Yc，Zc)的映射关系，再用投影仪投影光栅条纹，摄像机拍摄条纹图像，由相位法得到图像上各点(m，n)的相位值θ，将图像上点(m，n)对应的物点坐标和相位，即(Xc，Yc，Zc，θ)，称为一个样本点，遍历图像各点，得到不同样本点，再将标定板放置于2～3个不同位置，获得各个位置下的样本点，将所有的样本点集合起来，得到样本点集合，将最终得到的样本点集合代入步骤3建立的系统测量关系式中，解出系统参数a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8，上述测量范围定义为投影仪的投影区域和摄像机的视野相重叠的部分；步骤5：测量被测物体：将被测物体放置于测量范围内，用投影装置投影相移光栅条纹，由摄像机拍摄条纹图像，由相位法得到图像上不同像点(m，n)的相位值θ，将像点坐标(m，n)和相位值θ代入步骤3中的系统测量关系式和摄像机针孔模型，可解出(m，n)对应的物点的三维坐标(Xc，Yc，Zc)，得到物体的三维轮廓。