[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

说明书

正弦条纹相移轮廓术兼顾了精度和速度，已成为工业在线3D检测的主流技术之一，随着检测对象的日益微型化，检测精度要求也日益提高，故而需要能够补偿各种系统误差，这使得系统的标定越来越重要。本发明公开一种基于正弦条纹相移轮廓术的标定方法及实施装置，其包括：S₁、对所有相机进行相机标定，建立不同高度下像素坐标和物理坐标关系。S₂、投影装置投影参考图案，标定理论投影和实际投影的几何变换。S₃，对所有的相机/投影进行相位‑高度标定，建立相位到高度的映射关系。S₄、当选择选择使用单频方法时，基于路径高度一致性校准，补偿误差。S₅、合并以上所有标定参数。S₆、基于标定块台阶进行标定XYZ精度验证。

技术领域

本发明涉及3D检测技术领域中一种基于正弦条纹相移轮廓术的标定方法及实施装置。

背景技术

正弦条纹相移轮廓术兼顾了精度和速度，已成为工业在线3D检测的主流技术之一，随着检测对象的日益微型化，检测精度要求也日益提高，故而需要能够补偿各种系统误差，这使得系统的标定越来越重要。本发明专利提出的标定方法及实施装置能够一次性对所有的相机/投影装置进行全面的校准标定，并设计一套适配的标定精度验证方法。

发明内容

本发明通过下述技术方案解决上述技术问题：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(可以有多个)，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)。该套装置能够提供一次性的精确、全面的标定，对系统的各种因素进行补偿校准，形成一整套标定参数，虽然过程比较耗时，但是通常只需要标定一次。该方法包括以下。

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。