[发明专利]一种结构光测量系统高精度校准方法

权利要求书

1.一种结构光测量系统高精度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：投影装置向被测量物体表面发出投射光，在发出投射光之前，对投射光产生的光栅图像进行线性亮度平衡，所述投射光通过光栅条纹投射到被测量物体上，其中，光栅条纹与投射光呈一定角度；

步骤S2：图像采集装置采集被测量物体表面的投射光，形成投射光图像，对投射光图像进行条纹正弦补偿，获得理想投射条纹；

步骤S3：对投射光图像进行解调得到相位信息，根据相位信息和结构光测量系统产生的拟合平面获取被测量物体的三维信息相位，从而获取被测量物体的三维信息。

2.根据权利要求1所述的一种结构光测量系统高精度校准方法，其特征在于，所述步骤S1中，投射装置发出投射光之前，产生光栅条纹，对产生的光栅图像进行线性亮度平衡，所述线性亮度平衡方法包括以下步骤：

步骤S11，投射装置向被测量物体表面发出投射光，投射光发出之前，投射装置计算投射光的光栅条纹，得到规则的周期性正弦条纹，产生光栅图像；

步骤S12，对所述光栅图像进行数字线性处理，进行亮度平衡，获得均匀性正弦条纹。

3.根据权利要求2所述的一种结构光测量系统高精度校准方法，其特征在于，所述步骤S11中产生不规则周期性正弦条纹，根据公式：

I(x，y)＝A+Bcos(2πfu+δ)；

其中，I(x，y)为产生不规则周期性正弦条纹的光强在x、y方向的分布，A+B为光栅图像亮度值，f为均匀性正弦条纹的频率，u为投影周期与分辨率的比值，δ为相移；

其中，投影仪分辨率的值为height*width，height为长度像素数，width为宽度像素数，x为不规则周期性正弦条纹的光强在x方向的分布。

4.根据权利要求3所述的一种结构光测量系统高精度校准方法，其特征在于，所述步骤S12中，对光栅图像进行数字线性处理得到均匀性正弦条纹，根据公式：

I(x，y)＝A+Bcos(2πfu+δ)g(1-ku)；

其中，k为变换系数，I(x，y)使光栅图像亮度值在[0，A+B]区间范围内线性变化。

5.根据权利要求1所述的一种结构光测量系统高精度校准方法，其特征在于，所述步骤S2中，图像采集装置采集被测量物体表面的投射光，形成投射光图像时，对投射光产生的条纹进行条纹周期补偿，用于对结构光投影的投影成像进行补偿，形成理想成像，所述条纹周期补偿方法包括以下步骤：

步骤S21，被测量物体通过垂直方向的投影装置发出透射光，在投影工作面产生正弦条纹，实现理论成像；

步骤S22，所述投影装置与投影工作面呈一定角度，透射光在投影工作面的实际成像产生的正弦条纹存在变形，对变形的正弦条纹在投影位置进行反向变换；

步骤S23，分别计算2个半周期内反向变换的正弦条纹比例，并将正弦条纹按比例修改，并将2个半周期的正弦条纹范围归一到[0，1]的区间内，得到一个周期内正常的正弦条纹。

6.根据权利要求5所述的一种结构光测量系统高精度校准方法，其特征在于，所述步骤S21中，根据公式：

θ＝arctan(AB/2f)；

其中，被测量物体为AB，O为投影装置的光学中心，θ为光栅对应的半角，f为镜头焦距。

7.根据权利要求6所述的一种结构光测量系统高精度校准方法，其特征在于，所述步骤S23中计算一个半周期内反向变换的正弦条纹比例，根据公式：

其中，为O′B″与垂直投影的理论成像的半周期比例，在投影镜头垂直投影的情况下，所述投影工作面的理论成像为A′B′，其中B′与投影工作面垂直交点为H′，O′为投影镜头的光学中心在投影工作面对应的成像点，A″B″为被投影物体在投影工作面的实际成像，α为投影的角度；

通过上述公式对变形的正弦条纹进行半周期的校正补偿。