一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，包括：确定光栅扫描路径，选取多条基准扫描线；根据多条基准扫描线，对被测表面进行扫描测量，得到各基准扫描线上的二维截面轮廓；确定各基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值；确定所有横向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，并重构整个三维面形；去掉重构后三维面形在任意正交的两个方向上的相对倾斜量和相对平移量，完成被测表面的三维面形的重构。本发明专利技术不需要依赖扫描平台精度，有效消除了扫描平台在各扫描线之间的运动误差，通过选取多条基准扫描线能有效提高实际测量时的信噪比，大大提高重构的精度。本发明专利技术可广泛应用于三维重构领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法
本专利技术涉及三维重构
，尤其涉及一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法。
技术介绍
扫描测量是超精密表面面形测量的一种重要方法，扫描测量时，需要连续移动被测件或传感器测头，让测头遍历被测表面从而实现整个表面的测量。一般来说，一次扫描只能获得一个(或几个)二维截面的轮廓，要获得整个被测表面的三维面形，需要进行多次扫描。在多次扫描获得被测表面众多二维截面轮廓后，还需要将这些轮廓进行组合以重构出整个被测表面的三维面形。即使我们可以高精度地获得各扫描线上的二维截面轮廓(比如采用多传感器误差分离方法或者商用超精密轮廓测量仪)，但由于扫描平台在不同扫描线之间存在运动误差，如果直接将二维截面轮廓进行组合就会影响到三维面形的重构精度，因此必须将不同扫描线之间的运动误差进行分离才能更高精度地重构出被测表面的三维面形。目前具有三维重构功能的超精密扫描测量仪(如PGIDimension、UA3P、LuphoScan、NANOMEFOS、UltraSurf等)，它们或者依赖于高精度扫描平台或者需要附加额外测量基准进行实时误差补偿。前者受限于扫描平台运动精度，后者使测量系统复杂化，并增加成本。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种能够消除各扫描线之间的平台运动误差的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，包括以下步骤：确定光栅扫描路径，选取多条基准扫描线；根据多条基准扫描线，对被测表面进行扫描测量，得到各基准扫描线上的二维截面轮廓；确定各基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值；确定所有横向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，并重构整个三维面形；去掉重构后三维面形在任意正交的两个方向上的相对倾斜量和相对平移量，完成被测表面的三维面形的重构。作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定光栅扫描路径，选取多条基准扫描线，这一步骤具体包括：在作为主扫描的方向上选取一条扫描线作为第一基准扫描线Y0；选取垂直于第一基准扫描线Y0的扫描线为第二基准扫描线X0；选取一条与第一基准扫描线Y0和第二基准扫描线X0均相交的斜向扫描线作为第三基准扫描线S1。作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定光栅扫描路径，选取多条基准扫描线，这一步骤还包括：选取一条与第二基准扫描线X0平行的扫描线作为第四基准扫描线Xi。作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定各基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体包括：调整第一基准扫描线Y0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第一基准扫描线Y0上各点在重构三维面形后的高度值；调整第二基准扫描线X0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第二基准扫描线X0上各点在重构三维面形后的高度值；调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值。作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定各基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体包括：调整第一基准扫描线Y0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第一基准扫描线Y0上各点在重构三维面形后的高度值；调整第二基准扫描线X0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第二基准扫描线X0上各点在重构三维面形后的高度值；调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值；调整第四基准扫描线Xi上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第四基准扫描线Xi上各点在重构三维面形后的高度值。作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的调整第一基准扫描线Y0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第一基准扫描线Y0上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：固定第一基准扫描线Y0上的二维截面轮廓，即保持该二维截面轮廓上各点高度值在重构三维面形后不变，令该二维截面轮廓的作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的调整第二基准扫描线X0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第二基准扫描线X0上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第二基准扫描线X0上的二维截面轮廓进行平移，其相对平移量为：其中，和分别表示第一基准扫描线Y0和第二基准扫描线X0上二维截面轮廓在点(X0,Y0)上的高度值；所述相对倾斜量不做调整，即则第二基准扫描线X0上各点在重构三维面形后的高度值为：其中，H(X0,Yj)表示重构后三维面形在点(X0,Yj)的高度值，表示第二基准扫描线X0上二维截面轮廓在点(X0,Yj)上的高度值，和分别表示第一基准扫描线Y0和第二基准扫描线X0上二维截面轮廓在点(X0,Y0)上的高度值。作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第三基准扫描线S1上的二维截面轮廓进行平移，其相对平移量为：其中，和分别表示第二基准扫描线X0和第三基准扫描线S1上二维截面轮廓在交点(X0,Yn)上的高度值，所述(X0,Yn)为第三基准扫描线S1与第二基准扫描线X0的交点，所述(Xk,Y0)为第三基准扫描线S1与第一基准扫描线Y0的交点；将第三基准扫描线S1上的二维截面轮廓的相对倾斜量进行调整，其相对倾斜量为：其中，和分别表示第一基准扫描线Y0和第三基准扫描线S1上二维截面轮廓在交点(Xk,Y0)上的高度值；则第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值为：表示第三基准扫描线S1上各点的坐标，表示第三基准扫描线S1上二维截面轮廓在点上的高度值，表示重构后三维面形在点的高度值。作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的调整第四基准扫描线Xi上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第四基准扫描线Xi上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第四基准扫描线Xi上的二维截面轮廓进行平移，其相对平移量为：其中，和分别表示第一基准扫描线Y0和第四基准扫描线Xi上二维截面轮廓在交点(Xi,Y0)上的高度值，所述(Xi,Y0)为第四基准扫描线Xi与第一基准扫描线Y0的交点，所述(Xi,Ys)为第四基准扫描线Xi与第三基准扫描线S1的交点；将第四基准扫描线Xi上的二维截面轮廓的相对倾斜量进行调整，其相对倾斜量为：其中，和分别表示第三基准扫描线S1和第四基准扫描线Xi上二维截面轮廓在交点(Xi,Ys)上的高度值；则第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值为：其中，(Xi,Yj)表示第四基准扫描线Xi上各点的坐标，表示第四基准扫描线Xi上二维截面轮廓在点(Xi,Yj)上的高度值，H(Xi,Yj)表示重构后三维面形在点(Xi,Yj)的高度值。作为所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定所有横向扫描线上各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于，包括以下步骤：确定光栅扫描路径，选取多条基准扫描线；根据多条基准扫描线，对被测表面进行扫描测量，得到各基准扫描线上的二维截面轮廓；确定各基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值；确定所有横向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，并重构整个三维面形；去掉重构后三维面形在任意正交的两个方向上的相对倾斜量和相对平移量，完成被测表面的三维面形的重构。

【技术特征摘要】
1.一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于，包括以下步骤：确定光栅扫描路径，选取多条基准扫描线；根据多条基准扫描线，对被测表面进行扫描测量，得到各基准扫描线上的二维截面轮廓；确定各基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值；确定所有横向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，并重构整个三维面形；去掉重构后三维面形在任意正交的两个方向上的相对倾斜量和相对平移量，完成被测表面的三维面形的重构。2.根据权利要求1所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的确定光栅扫描路径，选取多条基准扫描线，这一步骤具体包括：在作为主扫描的方向上选取一条扫描线作为第一基准扫描线Y0；选取垂直于第一基准扫描线Y0的扫描线为第二基准扫描线X0；选取一条与第一基准扫描线Y0和第二基准扫描线X0均相交的斜向扫描线作为第三基准扫描线S1。3.根据权利要求2所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的确定光栅扫描路径，选取多条基准扫描线，这一步骤还包括：选取一条与第二基准扫描线X0平行的扫描线作为第四基准扫描线Xi。4.根据权利要求2所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的确定各基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体包括：调整第一基准扫描线Y0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第一基准扫描线Y0上各点在重构三维面形后的高度值；调整第二基准扫描线X0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第二基准扫描线X0上各点在重构三维面形后的高度值；调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值。5.根据权利要求3所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的确定各基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体包括：调整第一基准扫描线Y0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第一基准扫描线Y0上各点在重构三维面形后的高度值；调整第二基准扫描线X0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第二基准扫描线X0上各点在重构三维面形后的高度值；调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值；调整第四基准扫描线Xi上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第四基准扫描线Xi上各点在重构三维面形后的高度值。6.根据权利要求4或5所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的调整第一基准扫描线Y0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第一基准扫描线Y0上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：固定第一基准扫描线Y0上的二维截面轮廓，即保持该二维截面轮廓上各点高度值在重构三维面形后不变，令该二维截面轮廓的7.根据权利要求4或5所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的调整第二基准扫描线X0上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第二基准扫描线X0上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第二基准扫描线X0上的二维截面轮廓进行平移，其相对平移量为：其中，和分别表示第一基准扫描线Y0和第二基准扫描线X0上二维截面轮廓在点(X0,Y0)上的高度值；所述相对倾斜量不做调整，即则第二基准扫描线X0上各点在重构三维面形后的高度值为：其中，H(X0,Yj)表示重构后三维面形在点(X0,Yj)的高度值，表示第二基准扫描线X0上二维截面轮廓在点(X0,Yj)上的高度值，和分别表示第一基准扫描线Y0和第二基准扫描线X0上二维截面轮廓在点(X0,Y0)上的高度值。8.根据权利要求4或5所述的一种基于光栅式扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的调...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹自强，陈新，刘强，王素娟，周春强，李克天，汤晖，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44