[发明专利]针对连续表面的自适应投影云纹方法

说明书

一种针对连续表面的自适应投影云纹方法，包括：通过标定后的真实投影仪与相机，以投影云纹技术测量出物体的三维初步形貌；根据三维初步形貌、标定得到的内部参数和外部参数构建虚拟投影云纹模型，基于预设的理想云纹参数，通过自适应迭代算法在虚拟环境下模拟满足投影需求的栅线栅距并生成待投影的数值栅线图；最后将数值栅线图通过真实投影仪投影至被测物体表面并采集均匀分布的云纹图像，进而得到待测物体的精确三维形貌。本发明针对任意具有连续表面的被测物体，生成相应的非均匀投影栅线以及理想的均匀分布的自适应云纹，从而提高全场的测量精度，使得全场的测量误差分布更为均匀，适合大曲率物体的高精度、高分辨率测量的同时对硬件没有额外要求且工作时能耗低，适合进行现场测试。

技术领域

本发明涉及的是一种光学测量领域的技术，具体是一种针对连续表面的自适应投影云纹方法。

背景技术

投影云纹法作为一种全场光学测量方法，其形成的云纹栅线相比于初始的投影栅线密度更低，因此可以放大由表面变形引起的栅线相位变化，从而达到更高的相位分辨率与测量精度。但是这种云纹图案分布极为不均匀，在栅线密集的区域其非正弦性会引入相位误差，在栅线稀疏的区域相位噪声较大。以上两种相位误差都会使得该区域的测量误差较大，因此全场的测量精度分布不均匀。

发明内容

本发明针对现有扫描投影云纹技术在全场测量范围内生成的云纹图案分布极为不规律，云纹过于稀疏与稠密的区域的测量误差相比分布均匀的区域更大，即全场测量性能较差的缺陷，提出了一种针对连续表面的自适应投影云纹方法，针对任意具有连续表面的被测物体，生成相应的非均匀投影栅线以及理想的均匀分布的自适应云纹，从而提高全场的测量精度，使得全场的测量误差分布更为均匀，适合大曲率物体的高精度、高分辨率测量的同时对硬件没有额外要求且工作时能耗低，适合进行现场测试。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种针对连续表面的自适应投影云纹方法，包括：通过标定后的真实投影仪与相机，以投影云纹技术测量出物体的三维初步形貌；根据三维初步形貌、标定得到的内部参数和外部参数构建虚拟投影云纹模型，基于预设的理想云纹参数，通过自适应迭代算法在虚拟环境下模拟满足投影需求的栅线栅距并生成待投影的数值栅线图；最后将数值栅线图通过真实投影仪投影至被测物体表面并采集均匀分布的云纹图像，进而得到待测物体的精确三维形貌。

所述的标定，采用棋盘格标定板标定出投影仪与相机的内部参数和外部参数。

所述的投影云纹技术是指：通过将栅线光投射至物体表面，通过采集受物体表面离面位移及通过参考光栅调制后产生的若干个畸变图像，即云纹条纹图像，再以相移算法计算得到变形前后对应的全场的位相，从而得到三维初步形貌。

所述的构建虚拟投影云纹模型是指：采用光线追踪的方式在虚拟环境下建立的与实际云纹测量系统成像特性一致的模型，即通过相机模型、投影仪模型和物体的形貌建立投影得到的投影仪与相机像素平面上的像素点的对应关系，具体包括：

1)相机模型与投影仪模型均表示为s[u，v]^T＝K[R，T][X，Y，Z，1]^T，其中：[u,v]为待测表面上一待测点在投影仪或相机的像素平面上的像素坐标,[X,Y,Z]为该测点的世界坐标,s为尺度因子,K为投影仪或者是相机内部参数,[R,T]为投影仪或者是相机相对世界坐标系的外部参数，R为3×3的旋转矩阵,T为三维的平移向量；

2)在已知[u,v]以及Z的情况下,反推出[X，Y]＝A^-1B，其中：u_pm以及v_pm为世界点M在投影仪成像平面上的像素坐标,P_p等价于[R，T]这一矩阵,是从世界坐标系到投影仪坐标系的变换矩阵；