一种高反射物体表面三维测量方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高反射物体表面三维测量方法，包括下列步骤：1）借助于双投影仪和相机获取物点坐标和法线信息：使用双投影仪分时向白色平板投射编码相移条纹，由相机获取经被测物体表面反射的白色平板上的相移条纹；借助于白色平板位置改变，获取入射光线所在的入射光平面；使用双投影仪获得的两个入射光平面，并由入射光平面求交获得入射光线信息；使用反射光线和入射光平面求交或反射光线和入射光线求交计算物点坐标信息；使用反射光线和入射光线获取物点法线信息；2）采用径向基插值法或梯度积分法对获取的物点坐标和法线信息进行插值或梯度积分，获取物点的精确三维信息。本发明专利技术测量速度快，非接触，对高反射物体表面无损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学测量领域，具体为一种高反射物体表面三维测量方法和系统。
技术介绍
精密和超精密加工技术已经成为先进加工制造技术的重要发展研究方向，特别是如光学曲面，叶片等具有高反射性质的超精密加工件。准确测量和评价超精密加工高反射曲面的表面形貌，对缺陷检测以及改进加工技术和方法具有重大意义。然而高反射物体表面的高精度测量一直是超精密加工领域的难点所在。在光学三维形貌测量
，针对漫反射三维面型测量多以结构光等方法。结构光投影获取物体三维面形具有快速全场测量，测量精度较高等优点。针对高反射物体表面测量，常采用相位偏折术法，但是这种技术不能满足多数的高反射物体表面形貌检测需求。相位偏折术是根据物体表面的镜面反射特性，由投影设备向待测物体投射调制图像，由摄像机接收被测物体表面所形成的投影图像，根据入射光线和反射光线的几何关系恢复出被测物体的三维形貌。相位偏折术首先需要测量标准平面镜得到标准图像，然后测量待测物体，由于物体表面的高度变化将使相机拍摄的图像发生变形，通过相位恢复算法得到变形条纹的相位图，将之与标准图像的相位比较，得到相位该变量。利用光线偏折原理建立相位改变量与待测物体梯度的关系。由单投影设备和CCD摄像机组成的相位偏折术测量系统，具有求解‘法线不唯一’的缺点，测量系统有较大误差。目前国内外基于相位偏折术提出了多种实现对高反射物体表面的形貌测量的解决方案，但是都存在着一定的不足。如国外的MarkusC.Knauer提出的测量系统由LCD和两个CCD摄像机组成，缺点是使用两个相机增加了成本；四川大学肖永亮提出的测量系统由两个LCD显示器和一个CCD摄像机组成，缺点是CCD和LCD的位置关系不容易标定；上海大学陶涛提出的测量系统由一个放在精密导轨上面LCD显示器和一个CCD摄像机组成，缺点是使用了辅助导轨，增加了导轨运动误差，降低了测量精度。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高反射物体表面三维测量方法和系统，用于高反射物体表面的三维测量为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高反射物体表面三维测量方法，包括下列步骤：1)借助于双投影仪和相机获取物点坐标和法线信息：使用双投影仪分时向白色平板投射编码相移条纹，由相机获取经被测物体表面反射的白色平板上的相移条纹；借助于白色平板位置改变，获取入射光线所在的入射光平面；使用双投影仪获得的两个入射光平面，并由入射光平面求交获得入射光线信息；使用反射光线和入射光平面求交或反射光线和入射光线求交计算物点坐标信息；使用反射光线和入射光线获取物点法线信息；2)采用径向基插值法或梯度积分法对获取的物点坐标和法线信息进行插值或梯度积分，获取物点的精确三维信息。在借助于白色平板位置改变，获取入射光线所在的入射光平面中，具体为：入射光线为白色平板上光点到物点的光线，反射光线为物点到相机像素的光线，对于同一条反射光线来说，入射光线的方向是唯一的，移动白色平板，在白色平板上有与反射光线对应的光点，这些光点在入射光线的光路上，并且这些光点与投影仪光心共同组成入射光平面，入射光平面由投影仪光心和投影仪图像平面上与反射光线对应的两个像素点所决定。白色平板移动两次即能够获得入射光平面，但是为了精确求解，白色平面移动位置大于两次，进行入射光平面精确拟合。在获得入射光线信息中，具体为：使用双投影仪投射相移条纹图像到白色平板上，移动白色平板获得两个入射光平面，入射光线同时在两个入射光平面上，因此两个入射光平面求交就获得入射光线信息。投影的相移条纹为幅值、相位和投射方向可调的正弦光栅条纹，余弦光栅条纹。在计算物点坐标信息中，具体分为反射光线与入射光平面求交，反射光线与入射光线求交；反射光线与入射光平面求交由单投影仪和相机能够实现，但不能获取物点的法线信息；反射光线与入射光线求交必须由双投影仪和相机来实现，能获得物点的法线信息，并由径向基函数插值法或梯度积分来进一步获取物点更精确的三维信息。一种高反射物体表面三维测量系统，包括双投影仪，用于向白色平板上投射编码相移图案；白色平板，用于双投影仪投射相移编码图案；相机，用于获取待测物体表面反射的白色平板上相移编码图案；计算机，用于产生编码相移条纹图案，并由双投影仪向白色平板投射。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术使用双投影仪向白色平板投射编码相移条纹，使用相机获取经待测物体表面反射的白色平板相移编码图案，采用白色平板移动，获取入射光线所在的入射光平面，由两个入射光平面相交获取入射光线信息，并根据反射光线与入射光平面求交或反射光线和入射光线求交计算物点坐标，根据反射光线和入射光线确定物点的法线信息，并进一步的采用径向基函数插值法或梯度积分法获取物点更精确的三维信息，因而本专利技术能显著的提高高反射物体表面三维测量的检测精度和分辨力，测量速度快，非接触，对高反射物体表面无损伤。附图说明图1为高反射物体表面三维测量原理图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施例做进一步的说明。一种高反射物体表面三维测量方法，包括下列步骤：1)借助于双投影仪和相机获取物点坐标和法线信息：使用双投影仪分时向白色平板投射编码相移条纹，由相机获取经被测物体表面反射的白色平板上的相移条纹；借助于白色平板位置改变，获取入射光线所在的入射光平面；使用双投影仪获得的两个入射光平面，并由入射光平面求交获得入射光线信息；使用反射光线和入射光平面求交或反射光线和入射光线求交计算物点坐标信息；使用反射光线和入射光线获取物点法线信息；2)采用径向基插值法或梯度积分法对获取的物点坐标和法线信息进行插值或梯度积分，获取物点的精确三维信息。在借助于白色平板位置改变，获取入射光线所在的入射光平面中，具体为：入射光线为白色平板上光点到物点的光线，反射光线为物点到相机像素的光线，对于同一条反射光线来说，入射光线的方向是唯一的，移动白色平板，在白色平板上有与反射光线对应的光点，这些光点在入射光线的光路上，并且这些光点与投影仪光心共同组成入射光平面，入射光平面由投影仪光心和投影仪图像平面上与反射光线对应的两个像素点所决定。白色平板移动两次即能够获得入射光平面，但是为了精确求解，白色平面移动位置大于两次，进行入射光平面精确拟合。在获得入射光线信息中，具体为：使用双投影仪投射相移条纹图像到白色平板上，移动白色平板获得两个入射光平面，入射光线同时在两个入射光平面上，因此两个入射光平面求交就获得入射光线信息；投影的相移条纹为幅值、相位和投射方向可调的正弦光栅条纹，余弦光栅条纹。在计算物点坐标信息中，具体分为反射光线与入射光平面求交，反射光线与入射光线求交；反射光线与入射光平面求交由单投影仪和相机能够实现，但不能获取物点的法线信息；反射光线与入射光线求交必须由双投影仪和相机来实现，能获得物点的法线信息，并由径向基函数插值法或梯度积分来进一步获取物点更精确的三维信息。一种高反射物体表面三维测量系统，包括双投影仪，用于向白色平板上投射编码相移图案；白色平板，用于双投影仪投射相移编码图案；相机，用于获取待测物体表面反射的白色平板上相移编码图案；计算机，用于产生编码相移条纹图案，并由双投影仪向白色平板投射。综上所述，本专利技术提出的测量方法和系统能够精确的测出物体表面各点的空间坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高反射物体表面三维测量方法，其特征在于，包括下列步骤：1）借助于双投影仪和相机获取物点坐标和法线信息：使用双投影仪分时向白色平板投射编码相移条纹，由相机获取经被测物体表面反射的白色平板上的相移条纹；借助于白色平板位置改变，获取入射光线所在的入射光平面；使用双投影仪获得的两个入射光平面，并由入射光平面求交获得入射光线信息；使用反射光线和入射光平面求交或反射光线和入射光线求交计算物点坐标信息；使用反射光线和入射光线获取物点法线信息；2）采用径向基插值法或梯度积分法对获取的物点坐标和法线信息进行插值或梯度积分，获取物点的精确三维信息。

【技术特征摘要】
1.一种高反射物体表面三维测量方法，其特征在于，包括下列步骤：1）借助于双投影仪和相机获取物点坐标和法线信息：使用双投影仪分时向白色平板投射编码相移条纹，由相机获取经被测物体表面反射的白色平板上的相移条纹；借助于白色平板位置改变，获取入射光线所在的入射光平面；使用双投影仪获得的两个入射光平面，并由入射光平面求交获得入射光线信息；使用反射光线和入射光平面求交或反射光线和入射光线求交计算物点坐标信息；使用反射光线和入射光线获取物点法线信息；2）采用径向基插值法或梯度积分法对获取的物点坐标和法线信息进行插值或梯度积分，获取物点的精确三维信息。2.根据权利要求1所述的高反射物体表面三维测量方法，其特征在于，在借助于白色平板位置改变，获取入射光线所在的入射光平面中，具体为：入射光线为白色平板上光点到物点的光线，反射光线为物点到相机像素的光线，对于同一条反射光线来说，入射光线的方向是唯一的，移动白色平板，在白色平板上有与反射光线对应的光点，这些光点在入射光线的光路上，并且这些光点与投影仪光心共同组成入射光平面，入射光平面由投影仪光心和投影仪图像平面上与反射光线对应的两个像素点所决定。3.根据权利要求1或2所述的高反射物体表面三维测量方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨，张旭，屠大维，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31