[发明专利]一种结构光测量系统高精度校准方法

说明书

本发明公开了一种结构光测量系统高精度校准方法，本方法通过投影装置向被测量物体表面发出投射光，所述投射光通过光栅条纹投射到被测量物体上，通过线性亮度平衡方法在投影装置发出透射光之前对投射光进行线性亮度平衡；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，在形成投射光图像时，对投射光产生的正弦条纹进行补偿，形成理想正弦条纹；对投射光图像进行解调得到被测量物体的三维信息，使用拟合平面替代原基底相位的方法用拟合平面替代原基底平面，实现高精度成像，周期对投影过程中产生的投影条纹均匀性不好、条纹存在初次噪声和基底相位不平问题进行解决，该方法有效地提高了结构光检测精度。

技术领域

本发明涉及结构光三维测量领域，具体是一种结构光测量系统高精度校准方法。

背景技术

在物体的三维测量中，其中结构光测量技术是一种常用的物体三维测量方法，结构光测量技术是通过主动式、非接触式光学测量实现三维测量的技术，结构光以光学三角法测量作为基础，通过与投射光成一定角度的方向的光栅条纹投射投射到被测量物体上，结构化编码被投射物体上光线信息，通过计算机解码和相应的算法，得到相应的被测量物体的三维信息。

在工业上，结构光的产品比较多，大致上有三个形式，第一种是以结构光为原理的3D传感器的制造商，主要是生产小型的结构光的传感器，供以自动化设备公司应用；第二种是专注于3D测量的公司，结构光模块只是其中一个核心模块；第三种主要是用于大型工件测量的仪器，主要专注在大型工件测量，现有流行的结构光测量方法存在以下问题：

1.投影仪的安装成一定角度，投影的条纹亮度以及条纹间隔不一致，导致解相的时候存在解相误差，给后续测量结构带来误差；

2.条纹周期并不完全对应相移条纹周期，周期的边界处存在为对准的情况，条纹存在噪声；

3.实际投影的基底由于材质问题，会出现相位倾斜、额外引入噪声、测量精度损失等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构光测量系统高精度校准方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方法：

一种结构光测量系统高精度校准方法，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。

优选地，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，由于投射光与被投射物体成一定的角度，导致整视场范围条纹的亮度成线性下降趋势，所以对光栅图像进行亮度平衡。

进一步地，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；