[发明专利]一种基于双目条纹投影测量系统的自动离焦方法

说明书

一种基于双目条纹投影测量系统的自动离焦方法，包括双目条纹投影测量系统和电控调焦镜头。将电控调焦镜头安装到双目条纹投影测量系统的投影仪上，并且电控调焦镜头能与计算机实时通讯。将条纹投影测量系统的物距设置为400mm到600mm，每次间隔50mm，通过实验计算出每个物距对应的最近离焦程度，然后通过三阶多项式拟合得到物距与最佳离焦程度的函数关系。之后可通过初步测得的物距，得到一个最佳离焦程度，并使电控调焦镜头自动转动到最佳离焦位置。以实现高精度、自动化的条纹投影测量。

技术领域

本发明涉及一种基于双目条纹投影测量系统的自动离焦方法，属于计算机视觉和先进制造与自动化领域。

背景技术

条纹投影测量是计算机视觉和先进制造与自动化领域的重要研究内容，作为一种兼顾精度与效率的密集点云测量方法，是目前较为可靠的复杂工件制造精度控制手段，具有非接触、视场大、成本低等特点。已被广泛研究并应用于各个领域，如逆向工程，质量检测，增强现实，模型试验，大型构件的制造等。为了将条纹投影测量更好地应用于工业场景中，需要着重研究条纹投影测量的自动化。

双目条纹投影测量系统通常由两个相机和一个投影仪组成，一般由投影仪投出灰度按正弦(余弦)规律变化的条纹图像到被测物体表面，通过左右相机拍摄经过物体表面调制后的变形条纹图案；然后，通过解相位获得表面上每个点的投影仪图像的像素坐标；最后，根据三角测量技术计算三维世界坐标。

在条纹投影系统中，由于投影光学特点与基础电子器件发展水平的差异，系统中的重要部件数字投影仪的性能成为了制约条纹投影测量系统性能提升的主要因素，投影条纹的质量直接影响解相位的精度，进而影响点云的精度。从投影仪离焦可以影响测量精度的现象着手分析，由于投影仪的分辨率有限，在生成条纹图像时，相当于对正弦函数进行采样。因此，对投影仪进行适当离焦可以提高相位匹配的精度，进而影响三维点云测量的精度。又因为在离焦过程中需要不断调整投影仪的对焦距离，如果手动调焦必然导致一定的误差，并且效率低下。使用电控调焦镜头不仅能避免手动调焦带来的误差，并且能规避掉手动调焦繁琐的程序。因此，为了实现自动离焦投影表面形貌测量的实验与性能评估，需要建立对投影光学调焦过程的精确模型，并制定一套电控调焦方案，实现对可调焦(变焦)的镜头组的实时调焦。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于双目条纹投影测量系统的自动离焦方法，对于条纹投影测量系统中投影仪镜头调焦导致测量精度变化的现象，提出在测量过程中将投影仪进行自动地适度离焦以投出更接近正弦的条纹，从而获得更好的点云测量精度。

为了实现上述目的，本发明的方案是：

一种基于双目条纹投影测量系统的自动离焦方法，包括如下步骤：

步骤1，在双目条纹投影测量系统基础上给投影仪安装电控调焦镜头；

步骤2，在计算机里输入转数对所述电控调焦镜头实时调焦；

步骤3，通过实验得到不同物距对应的最佳离焦程度，以有效地提高测量的精度，实现离焦测量的自动化。

其中，步骤1的电控调焦镜头的电气控制系统分为变焦模块、单片机控制模块和MCU固件程序三个部分，其中变焦模块安装在电控调焦镜头上，并与所述单片机控制模块相连，控制投影仪焦距；计算机与所述单片机控制模块连接，提供电源，并且通过MCU固件程序，与所述单片机控制模块实时通讯。

其中，步骤3的实验阶段，在不同物距处固定平面标定板，然后进行对焦，该物距代表投影仪的对焦距离，并记录此时投影仪的镜头转数，确定所述对焦距离与镜头转数的函数关系。

其中，设计特殊图案以判定不同位置投影仪是否精准聚焦。

其中，所述特殊图案为“十”字型和“X”字型。

其中，步骤3的实验阶段，搭建双目条纹投影测量系统，以在不同离焦程度下测量所述平面标定板的平面度。