[发明专利]一种基于宽光谱光源的3D测量方法

说明书

本发明公开一种基于宽光谱光源的3D测量方法，包括以下步骤：首先建立三角激光测量模型；将标定物置入三角激光测量模型中，借助测量仪器测得标定物的物面坐标（x，z），通过多次移动标定物获得多组标定物的物面坐标和对应的像面坐标，得到系数确定的二元一次函数关系式；最终将被测物置入三角激光测量模型中，由成像探测器获取被测物面的像面坐标（u，v），通过函数关系式计算出被测物面的z坐标，位移运动机构带动被测物相对聚焦光束光轴垂直方向移动测得y坐标，将位移距离内的物面轮廓（x，z）拼合，即得到被测物整个物面轮廓，从而得到整个被测物的3D尺寸。本发明具有容忍角大、兼容性高、测量精度高的特点，大大减少体积和成本。

技术领域

本发明属于光测量技术领域，尤其是指一种基于宽光谱光源的3D测量方法。

背景技术

三角激光测量和光谱共焦成像测量是最常见的3D光学测量方式，从消费成本和效率上来说，三角激光测量方法更胜一筹，但是三角激光测量对光源的要求较高，采用的是准直激光（窄光谱，光谱宽度小于10nm），光束的发散角非常小，反射光能量随角度变化十分敏感，这就导致对镜面反射物体成像不佳的问题。而相比之下，光谱共焦成像测量方法更胜一筹，其采用的是聚焦光束而非准直光束，其角度兼容性和成像质量较好，此外，光谱共焦传感器的接收镜头和发射镜头相同，可以补偿发射镜头的色散，然后再用光谱仪分析反射光的光谱，从而计算反射物体的高度，如图1所示。但是光谱共焦模型采用的是色散共焦加光谱测量的方案，光路十分复杂，光谱仪的设置也导致体积较大成本较高，一般的光谱共焦的产品，售价达到三角激光的三倍以上，从而增加了购置成本。

宽光谱，通常是指光谱宽度大于10nm的光谱，区别于小于10nm的窄光谱，宽光谱的获取条件相对更容易，因此根据上述缺陷，本发明人提出一种基于宽光谱的三角激光3D测量技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于宽光谱光源的3D测量方法，具有容忍角大、兼容性高、测量精度高的特点，大大减少体积和成本。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种基于宽光谱光源的3D测量方法，包括以下步骤：

S1建立模型：在色散区中布置好三角激光测量模型，该模型包括宽光谱光源、色散镜头、位移运动机构、被测物面、高分辨率成像镜头和成像探测器及数据处理系统，宽光谱光源发出发散光束，色散镜头将发散光束不同颜色的色光聚焦到被测物面的不同高度以形成聚焦光束，被测物面将聚焦光束呈一角度反射到高分辨率成像镜头，位移运动机构用于被测物放置以带动被测物移动，移动方向垂直于聚焦光束的光轴方向，位移运动机构连接至数据处理系统；高分辨率成像镜头将反射光束聚焦到成像探测器上成像；成像探测器及数据处理系统用于将光信号转换为电信号并产生3D测量所需的数据；

S2使用标定物：先将标定物代替被测物置入三角激光测量模型中并设置三维坐标系，然后借助高精度测量仪器测得标定物的物面坐标（x，z），其中x坐标表示聚焦光束方向的坐标，z坐标表示竖向坐标，再然后，获取在成像探测器的像面坐标（u，v），其中，u为对应x坐标的元，v为对应z的元；

在色散区内通过移动标定物可以建立物面坐标与像面坐标的映射关系，生成二元一次函数关系式进行计算：

x₀=au+bv+δ₁（1）

z₀=cu+dv+δ₂（2）

其中，a、b、c、d、δ₁、δ₂都为系数，

通过多次移动标定物获得多组标定物的物面坐标和对应的像面坐标，从而将该多组物面坐标和像面坐标代入公式（1）和（2）中，求得a、b、c、d、δ₁、δ₂的值，最终得到系数确定的二元一次函数关系式；