[发明专利]一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置和方法

权利要求书

1.一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置，其特征在于，包括第一立体偏折系统和第二立体偏折系统，所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统均包括一个投影屏幕和两台相机；所述第一立体偏折系统中的投影屏幕显示的图像经过待测物体的第一镜面反射后被所述第一立体偏折系统中的两台相机接收到；所述第二立体偏折系统中的投影屏幕显示的图像经过所述待测物体的第二镜面反射后被所述第二立体偏折系统中的两台相机接收到；所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统中的两台相机均与计算机相连，所述计算机用于计算所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统的位置参数，并基于所述位置参数计算所述待测物体第一镜面和第二镜面之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置，其特征在于，所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统中的投影屏幕和相机通过夹具固定在抗震平台上。

3.根据权利要求1所述的基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置，其特征在于，所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统的位置参数包括所述第一立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系、所述第二立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系、以及所述第一立体偏折系统和所述第二立体偏折系统的位置关系。

4.一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一所述的镜面夹角测量装置，包括以下步骤：

(1)对所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统中的每台相机进行标定，得到每台相机的内部参数和畸变参数；

(2)利用平面镜对所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统进行标定，获得所述第一立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系、以及所述第二立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系；

(3)利用标准件标定整套测量装置，得到所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统的位置关系；

(4)放入待测物体，通过所述第一立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系和所述第二立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系测得所述待测物体的第一镜面和第二镜面的法向量，并根据所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统的位置关系计算出第一镜面与第二镜面之间的夹角。

5.根据权利要求4所述的基于立体偏折技术的镜面夹角测量方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：每台相机拍摄多张圆环标定板在不同位姿下的图像，用圆环的圆心作为特征点匹配并计算出每台相机的内部参数和畸变参数。

6.根据权利要求4所述的基于立体偏折技术的镜面夹角测量方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将平面镜分别放置在第一立体偏折系统和第二立体偏折系统中，并多次移动所述平面镜的位姿，每次移动后，投影屏幕投射移动的正弦条纹，每台相机拍摄经所述平面镜反射后的条纹图像，对投影屏幕中的正弦条纹图像和相机拍摄的条纹图像分别用相位解算和相位展开的方法，将条纹信息转换为坐标信息，得到所述投影屏幕和所述相机光心之间的位置关系。

7.根据权利要求4所述的基于立体偏折技术的镜面夹角测量方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：将标准件放入镜面夹角测量装置，使得所述第一立体偏折系统中的投影屏幕显示的正弦条纹图像经过所述标准件的第一镜面反射后被所述第一立体偏折系统中的两台相机接收到；所述第二立体偏折系统中的投影屏幕显示的正弦条纹图像经过所述标准件的第二镜面反射后被所述第二立体偏折系统中的两台相机接收到；四台相机采集到经过第一镜面和第二镜面反射的条纹图像后，对投影屏幕中的正弦条纹图像和相机采集的条纹图像进行相位解算和相位展开，并基于所述投影屏幕和所述相机光心之间的位置关系，得到所述标准件的第一镜面在所述第一立体偏折系统中的旋转矩阵A，以及所述标准件的第二镜面在所述第二立体偏折系统中的旋转矩阵B，则所述第一立体偏折系统中的投影屏幕和第二立体偏折系统中的投影屏幕的位置关系为：[angle2dcm(x,y,z)·A],B＝designed_angle，其中，angle2dcm()表示由三个欧拉角x,y,z转换为旋转矩阵的函数；表示两个旋转矩阵的夹角；designed_angle为所述标准件的第一镜面与第二镜面的夹角。