[发明专利]一种基于条纹投影的三维测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于条纹投影的三维测量方法。

背景技术

三维形貌测量在工业制造、快速逆向工程、质量监控、生物医学等领域发挥着重要的作用。由于光学三维测量具有非接触的测量特性，其受到了广泛的关注。在现有的光学三维测量中，常用的技术有双目视觉法、飞行时间法、条纹投影法等等。双目视觉法为被动式测量方法，其优点在于不需要人为主动干预，利用不同角度的拍摄图像以及被测物表面特性就可以恢复被测表面；但是由于需要匹配被测表面上的特征点，所以对于表面均一无明显特征的物体，这种方法很难建立两个摄像机之间的匹配关系，从而很难实施测量。飞行时间法也是常用的测量方法，但是该方法的测量结果精度较低，且在测量近距离物体时测量准确度差。条纹投影法是利用生成的条纹对被测物表面进行编码，然后利用摄像机来拍摄这些包含了被测物表面信息的条纹，通过使用一定的解码方法，来实现物体表面轮廓获取；利用该方法的好处在于其对环境光和物体表面反射率不敏感，测量的分辨率高，测量结果准确。随着投影装置和摄像机的发展，条纹投影法越来越多地被应用于动态实时的三维测量中。

然而，在现有的基于条纹投影的动态实时三维测量系统中，人们通常很少关注摄像机镜头畸变给测量结果带来的影响。但是在实际应用中，由于设计、生产、组装等一系列过程的不完美造成的镜头畸变确实降低了测量结果的精度，而且这种精度的降低对结果造成了明显的影响，并不能被简单地忽视。尽管更换更高质量的镜头能一定程度的解决这一问题，但是这一做法也不可避免的增加了整个系统的成本，所以目前十分缺乏一种能排除镜头畸变干扰的动态实时三维测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于条纹投影的三维测量方法，解决了动态实时测量过程中镜头畸变影响测量结果精度的问题，降低了测量误差，提高了测量精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于条纹投影的三维测量方法，包括以下步骤：

步骤一：对摄像机参数进行标定，包括确定摄像机的畸变系数矩阵Kc、内部参数矩阵A和外部参数矩阵E；

步骤二：使用投影仪向待测物投射正弦条纹图，用摄像机拍摄被待测物表面轮廓调制的正弦条纹图，使用公式(1)所示方法对拍摄的正弦条纹图进行畸变矫正，

img_rect(u,v)＝img_dist(u_d,v_d)  (1)

公式(1)中，img_rect(u,v)为矫正后图像，(u,v)为矫正后的图像坐标，img_dist(u_d,v_d)为矫正前的图像，(u_d,v_d)为矫正前的图像坐标，且u_d和v_d的计算方式如公式(2)所示，