[发明专利]面扫描三维测量系统精度的实时调整方法

说明书

技术领域

本发明属于面扫描三维测量技术领域，更具体地，涉及一种面扫描三维测量系统精度的实时调整方法。

背景技术

相机内部参数和外部参数标定精度是三维测量系统的关键，由于工作环境的复杂性，相机内外部参数受环境影响而时刻变化，其精度严重影响和制约着面扫描三维测量结果的精度。目前，面扫描三维测量系统在工业精度检测、增材制造、文物数字化、医疗、3D照相等领域的应用越来越广，然而由于受工作过程中相机内外部参数变化的影响，面扫描三维测量系统在使用过程中需要频繁进行参数标定，操作过程繁琐。

由于受到环境温度、工作过程中热作用的影响，相机相关部件会发生温漂，固定双相机的支架会由于受热作用产生热应变；工作过程中震动、固定、支撑位置的改变也会使固定支架产生微小变形；固定相机的螺钉等部件在振动过程中松动，会引起两个相机固定位置发生改变；空气湿度的变化也会引起相机内部参数和外部参数发生相应变化。这些微小变化都会对面扫描三维测量系统这样的精密光学设备产生重大影响，严重影响了三维重建结果的精度。

为了达到精度要求，除了在标定的时候保证标定结果达到一定的精度要求外，还必须不断监测工作过程中相机内外部参数的变化，并进行一定的修正和补偿。传统做法是，每隔一段时间进行系统精度监测，如果精度无法满足要求，则进行重新标定。然而由于精度监测、标定过程复杂、耗时，并且无法在线进行，这严重影响了面扫描三维测量系统的工作效率；此外，由于缺乏相应的自检测方法和机制，使用者无法知道何时面扫描三维测量系统的测量结果精度超出了允许误差阈值，要求使用者必须具备相关专业素养和丰富的实践经验，对何时进行相机的重新标定，提出了挑战。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面扫描三维测量系统精度的实时调整方法，能有效解决面扫描三维测量系统精度检测困难，重复标定频繁的问题，能自动检测面扫描三维测量系统的精度是否符合测量要求，实时优化相关参数使面扫描三维测量系统保持合适的精度，减少重新标定次数。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种面扫描三维测量系统精度的实时调整方法，所述面扫描三维测量系统包括投影仪、第一相机和第二相机，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对第一相机和第二相机，均在垂直和水平方向运用多频外差方法解相得到相位图；

(2)在第一相机的相位图上划分虚拟网格选取采样点，然后根据相位值约束进行相位匹配，找到第二相机的相位图上的对应点；

(3)舍弃第一相机图像平面上的误匹配点；

(4)计算第一相机图像平面上的剩余采样点到对应的极线的距离的平均值，如果其小于误差阈值e，则继续测量，经过时间T，返回步骤(1)；否则执行步骤(5)，其中，T为系统精度监测的时间间隔，所述对应的极线是指第一相机图像平面上的剩余采样点在第二相机相位图上的对应点在第一相机的图像平面上对应的极线；

(5)利用Levenberg-Marquardt算法，使第一相机图像平面上的剩余采样点到对应的极线的距离的平均值达到最小，以优化第一相机内部参数矩阵K_l、第二相机内部参数矩阵K_r、两相机的位置关系平移向量对应的反对称矩阵S和两相机的位置关系旋转矩阵R；

(6)判断第一相机图像平面上的剩余采样点到对应的极线的距离的平均值是否小于误差阈值e，是则用优化后的第一相机内部参数矩阵K_l、第二相机内部参数矩阵K_r、两相机的位置关系平移向量对应的反对称矩阵S和两相机的位置关系旋转矩阵R继续测量，经过时间T，返回步骤(1)；否则提示用户重新进行标定。

优选地，所述步骤(1)具体为：用投影仪投影水平的正弦光栅图像到被测物体上，运用多频外差方法对两相机得到的图像进行解相，分别得到相位值沿水平方向递增的相位图；用投影仪投影垂直的正弦光栅图像到被测物体上，运用多频外差方法对两相机得到的图像进行解相，分别得到相位值沿垂直方向递增的相位图。