【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学三维形貌测量领域，具体是一种镜面/漫反射面标定板及基于该标定板的条纹反射/投影系统的标定方法。
技术介绍
1、条纹反射法和条纹投影轮廓术分别用于测量镜面和漫反射表面的三维形貌。然而在航空、航天、汽车船舶制造等领域中，存在许多兼具镜面和漫反射表面属性的部件和元器件，无法用单一的条纹反射法或条纹投影轮廓术测量。针对此类物体的测量技术仍处于发展阶段，国内外学者进行了大量研究。具体如下所示：
2、文献《m sandner.hybrid reflectometry-3d shape measurement onscattering and reflective surfaces[c].115th annual meeting of the dgao,2014.》中，利用两个相机、一个投影仪和一个显示屏研究了一套组合测量方法。该方法利用一个投影仪和两个相机构成的条纹投影测量系统获得物体的高度信息，并为由一个相机和一个显示屏构成的条纹反射系统提供计算梯度和高度的信息，融合获得相位数据，进而获得物体三位形貌数据。但是在融合过程中会出现数据错位和数据缺失情况，影响最终三维形貌精度。
3、文献《张宗华,刘小红,郭志南等.基于结构光的镜面/漫反射复合表面形貌测量[j].红外与激光工程,2020,49(03):206-212.》中，条纹反射系统通过一个半透半反镜使两个液晶显示屏的像达到平行效果，能够得到条纹反射系统相位与深度的直接关系，与条纹投影系统结合，可以重建兼具镜面和漫反射面物体的三维形貌。但是半透半反镜
4、通过以上文献可以看出，现有的全场光学测量方法利用条纹投影轮廓术和条纹反射法结合测量兼具镜面和漫反射面物体的三维形貌。虽然该方法做了大量研究，但仍然存在许多问题。为实现兼具镜面和漫反射面物体的测量，测量得到的镜面部分三维数据与漫反射部分数据需要进行融合。现有的方法，因数据不在同一坐标系得到，融合时出现数据错位、缺失的情况，很难精准确定两部分数据的对应关系，并且系统标定精度不高，严重影响三维测量精度。因此需要一种数据融合完整、标定精度高的标定方法来解决现有技术中的难题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种镜面/漫反射面标定板及其条纹反射/投影系统标定方法。
2、本专利技术解决所述标定板技术问题的技术方案是，提供一种镜面/漫反射面标定板，其特征在于，该镜面/漫反射面标定板由若干个镜面和若干个漫反射面相互连接构成，与漫反射面连接的均为镜面，与镜面连接的均为漫反射面；漫反射面和镜面的形状和尺寸均相同；镜面用于标定条纹反射子系统，漫反射面用于标定条纹投影子系统；漫反射面和镜面的每个角为角点，用于标定相机内参；漫反射面和镜面上均设置有相同的标定板圆环阵列；标定板圆环阵列由呈行列布置的完全相同的圆环构成。
3、本专利技术解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种基于所述镜面/漫反射面标定板的条纹反射/投影系统的标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
4、步骤1、设计镜面/漫反射面标定板：
5、以镜面/漫反射面标定板中左上角的角点作为原点，建立镜面/漫反射面标定板的世界坐标系；
6、若镜面/漫反射面标定板中有m列×n行个角点、每个镜面和漫反射面的边长均为a，则角点的世界坐标为((m-1)a,(n-1)a)；
7、每个标定板圆环阵列中，若左上角的圆环的圆心坐标为(i,j)、标定板圆环阵列为p列×q行、行列方向两个相邻圆环的圆心距为r，则圆环的圆心坐标为(i+(p-1)r,j+(q-1)r)；
8、步骤2、搭建基于镜面/漫反射面标定板的条纹反射/投影系统：
9、该系统包括光学平台、水平移动导轨、镜面/漫反射面标定板、投影仪、ccd相机、计算机、液晶显示屏和透明显示屏；
10、液晶显示屏和透明显示屏平行正对放置，且垂直于光学平台，液晶显示屏和透明显示屏之间的距离为δd；水平移动导轨固定在光学平台上，与透明显示屏垂直；镜面/漫反射面标定板固定在水平移动导轨上；ccd相机和投影仪位于两个显示屏的一侧；ccd相机、液晶显示屏和镜面/漫反射面标定板在空间上成三角形测量关系；ccd相机、投影仪与镜面/漫反射面标定板在空间上成三角形测量关系；投影仪、ccd相机、液晶显示屏和透明显示屏均与计算机通过数据线连接；
11、步骤3、得出需要标定的条纹反射/投影系统参数，包括：液晶显示屏和透明显示屏之间的距离δd、透明显示屏与位于系统的参考位置时的镜面/漫反射面标定板之间的距离d、条纹投影子系统参数ai(u,v)和横向坐标xy参数；
12、步骤4、标定相机内参：ccd相机聚焦于位于参考位置时的镜面/漫反射面标定板上；再在ccd相机成像位置前后选取能够满足相机标定要求的若干个相机标定位置，在每个相机标定位置上任意摆放镜面/漫反射面标定板，并采集每个相机标定位置的镜面/漫反射面标定板的图像；然后提取镜面/漫反射面标定板的图像在各个相机标定位置时镜面与漫反射面的角点的像素坐标；再通过角点之间的距离即镜面和漫反射面的边长a，确定相机的内部参数来修正条纹图像的畸变；
13、步骤5、标定条纹反射子系统和条纹投影子系统：
14、所述标定条纹反射子系统的具体步骤是：
15、a5.1、将镜面/漫反射面标定板置于系统的参考位置，并与液晶显示屏和透明显示屏平行；然后ccd相机拍摄镜面/漫反射面标定板，提取标定板圆环阵列中每个圆环的圆心的像素坐标，而圆心的世界坐标由已知的标定板圆环阵列的圆心距r得到；再通过世界坐标与像素坐标的转换关系，计算出镜面/漫反射面标定板位于参考位置时的世界坐标系与相机坐标系的转换关系[rf,tf]；
16、计算机生成圆环半径、行列方向两个相邻圆环的圆心距已知的圆环阵列，并且区别于镜面/漫反射面标定板自身的标定板圆环阵列；再将生成的圆环阵列显示在液晶显示屏上，生成的圆环阵列经镜面/漫反射面标定板中的镜面反射，由ccd相机拍摄在镜面/漫反射面标定板成像的圆环阵列，此时图像中具有液晶显示屏显示的圆环阵列和标定板圆环阵列；再筛选出液晶显示屏显示的圆环阵列，并提取圆环阵列中每个圆环的圆心的像素坐标，而圆心的世界坐标由已知的标定板圆环阵列的圆心距r得到；再通过世界坐标与像素坐标的转换关系，计算液晶显示屏的世界坐标系与相机坐标系的转换关系[r1,t1]；
17、计算机生成高亮图片并显示在液晶显示屏上，为透明显示屏提供背景光，同时生成圆环半径、行列方向两个相邻圆环的圆心距已知的圆环阵列，区别于镜面/漫反射面标定板自身的标定板圆环阵列；再将生成的圆环阵列显示在透明显示屏上，生成的圆环阵列经镜面/漫反射面标定板中的镜面反射，由ccd相机拍摄在镜面/漫反射面标定板成像的圆环阵列，此时图像中具有透明显示屏显示的圆环阵列和标定板圆环阵列；再筛选出透明显示屏显示的圆环阵列，并提取圆环阵列本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镜面/漫反射面标定板，其特征在于，该镜面/漫反射面标定板(5)由若干个镜面(2)和若干个漫反射面(1)相互连接构成，与漫反射面(1)连接的均为镜面(2)，与镜面(2)连接的均为漫反射面(1)；漫反射面(1)和镜面(2)的形状和尺寸均相同；镜面(2)用于标定条纹反射子系统，漫反射面(1)用于标定条纹投影子系统；漫反射面(1)和镜面(2)的每个角为角点(4)，用于标定相机内参；漫反射面(1)和镜面(2)上均设置有相同的标定板圆环阵列(3)；标定板圆环阵列(3)由呈行列布置的完全相同的圆环构成。
2.根据权利要求1所述的镜面/漫反射面标定板，其特征在于，漫反射面(1)和镜面(2)均设置于基板上；基板采用镀银反射薄膜玻璃板。
3.根据权利要求1所述的镜面/漫反射面标定板，其特征在于，漫反射面(1)和镜面(2)均为正方形。
4.一种基于权利要求1-3任一所述镜面/漫反射面标定板的条纹反射/投影系统的标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的标定方法，其特征在于，步骤3中，条纹反射/投影系统中，深度与相位的关系
6.根据权利要求4所述的标定方法，其特征在于，步骤A5.1中，所述世界坐标与像素坐标的转换关系如式(2)所示：
...【技术特征摘要】
1.一种镜面/漫反射面标定板，其特征在于，该镜面/漫反射面标定板(5)由若干个镜面(2)和若干个漫反射面(1)相互连接构成，与漫反射面(1)连接的均为镜面(2)，与镜面(2)连接的均为漫反射面(1)；漫反射面(1)和镜面(2)的形状和尺寸均相同；镜面(2)用于标定条纹反射子系统，漫反射面(1)用于标定条纹投影子系统；漫反射面(1)和镜面(2)的每个角为角点(4)，用于标定相机内参；漫反射面(1)和镜面(2)上均设置有相同的标定板圆环阵列(3)；标定板圆环阵列(3)由呈行列布置的完全相同的圆环构成。
2.根据权利要求1所述的镜面/漫反射面标定板，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宗华，杨小娜，高楠，孟召宗，倪育博，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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