[发明专利]一种基于正弦条纹相移轮廓术的标定方法及实施装置

权利要求书

1.一种基于正弦条纹相移轮廓术的标定方法及实施装置，该装置包括运动控制平台，面阵相机，投影装置(可以是PZT加上如朗奇光栅、正弦光栅等光栅结构的模拟量投影或者是DMD/LCD/LCOS等数字投影)，若干标定装置(包括相机标定板，投影标定块，带若干个已知高度的凸块的标定块)及上位机(PC，嵌入式系统或者其他逻辑处理单元)，该方法包括：

S₁、在不同高度位置进行相机标定，要实现标定面到像面的相对高度变化，可以上下移动相机，也可以上下移动相机标定板，对于同一个位置，所有相机都需要进行拍摄，最终每个相机生成不同高度位置的标定参数，用于建立像素和物理坐标的映射关系；其中每个高度准确坐标位置是能够精确获取的，可以基于电机定位装置（包含编码器、光栅、磁栅等）获取；上位机需要拟合出像素坐标在不同高度位置的和物理坐标的映射关系，如下公式：

(X,Y)=f₁(u,v,Z)

其中X，Y，Z代表物理坐标，u，v代表图像像素坐标；

S₂、每个投影机构投射一个参考图案到投影标定块上，所有相机都需要进行拍照取相，用于理论图案到实际投影面的几何变化；

S₃、每个投影装置需要从不同高度位置进行投影，要实现标定面到投影面相对高度变化，可以上下移动投影装置，也可以上下移动投影标定块；每一组投影，所有相机都需要进行拍摄；上位机分别对于每一种投影/相机组合进行投影标定，具体就是对于每组正弦条纹进行计算相位移，计算相对相位，再对相对相位解包裹，然后根据线性/多次项拟合（线性拟合可以采用分段拟合的方式，分段数量n可以由测高范围决定；多次拟合包括但不限于二次项拟合的方式）计算解包裹相位到高度的映射，最终每个投影/相机都会得到一个投影映射参数，如下公式:

Φ=f₂(u,v,Z)

其中Φ代表解包裹相位，u，v代表图像像素坐标；

S₄、当选择使用单频方法时，会存在相位还原导致的累积误差，为了解决该误差，基于相位的还原路径对所有的投影/相机组进行高度一致性补偿，分配标定块凸块在FOV不同的宫格位置，然后计算凸块的高度，根据正弦条纹光角度Ø和图像的中心点(W/2,H/2)建立标定补偿线L，L的计算公式为：y=x*tanØ+H/2-(W/2-tanØ)，其中W为图像的宽，H为图像的高；求出图像中标定点的位置(u_i,v_i)、标定点到标定补偿线L的距离d_i,j以及测试高度H_i,j与点实际标准高度H_standard的比值k_i,j；以d_i,j为输入，k_i,j为输出，建立线性/多次项拟合模型，应用模型展开到整个FOV，更新点在不同FOV中的高度H_i,j^’；循环执行步骤S₆，直到H_i,j^’和实际高度H_standard的差值小于预设的阈值精度；

S₅、基于相机标定，相位-高度标定，参考图案标定，高度一致性补偿，每种相机/投影组合将产生4套标定校准参数，把4套参数融合在一起，有多少种投影/相机组合，就有多少套参数，如有3个投影装置，2个相机，就会产生6套参数；

S₆、对每种投影/相机组合进行标定高度验证，标定块多个已知(X,Y,Z)坐标的标定凸块（不同高度的凸块越多，效果越准确）以及一对坐标(X,Y)已知的基准点；首先上位机为基准点和标定凸块分配FOV，基准点和标定凸块需要保证在FOV中间，即(W/2,H/2)位置，FOV的拍摄顺序为先拍摄基准点再拍摄标定凸块，基准点的作用在于补偿标定块的水平偏移；运动控制机构控制整个装置按照指定的FOV顺序进行投影拍摄，最后计算出凸块的(X,Y,Z)位置信息，和实际的坐标进行对比，如果满足容差要求就退出，反之则需要增加取样或者调整参数后重新进行标定。