《基于条纹结构光投影的物体形貌精密测量》文献提炼

        基于条纹结构光投影方法并通过立体交会算法对航空发动机叶片进行三维重构。投影仪标定利用相位分布值与投影芯片阵列之间的对应关系，将投影过程视为“逆成像过程”，标定了投影模组的内外参数。

                                                    

 

 

 

        根据测量原理，主动双目三维检测技术大致分为相位—高度映射法和立体视觉交会测量法两种。相位——高度映射法又根据相位求解方法的不同，分为傅立叶变换轮廓术（FTP）和相位测量轮廓术（PMP）两类。一般重建不连续表面物体使用PMP方法。

       立体视觉交会测量法通过相位求解算法得到相位分布信息，利用相位值求得其对应的 DMD 像素坐标，得到了相位值与 DMD芯片像素的对应关系，即可把投影模组视为“逆成像”的相机模组，遍历成像模组的像素坐标，结合相位信息，实现与投影模组芯片阵列坐标的像素间的对应匹配。利用事先标定的系统参数，再通过双目立体视觉交会算法来求解物点表面的三维坐标。

                                                                      

       基于时域结构光编码的相位分布算法分为两个步骤：第一步是相位主值的求解，第二步是相位解包裹。这是因为相位主值的分布是在一个条纹周期内是唯一的，而一幅光栅条纹结构光图像有多个条纹周期，求解出相位主值后需进行解包裹操作，以得到被测物表面绝对相位分布。

       该文采用基于时间指数序列增加的相位解包裹方法对相位展开，该方法是一种从低频向高频逐级细分展开的过程，不存在突变跳跃的情况，算法简单、鲁棒性好，空间分辨率高、相位解算准确。多频外差法在被测物表面投射多幅高频率条纹光栅进行外差相位展开，展开过程中相位主值误差存在一定程度的放大，导致解开的相位不够平滑，相位展开时导致绝对相位存在跳跃，特别是当被测物表面存在孔、洞等特征，以及在边缘处等复杂不连续的表面三维形貌测量时，导致三维测量误差较大。

                                                                 

 

 

                                                                                    

 

 

投影模组参数的高精度标定

        基于双目立体视觉的三维测量系统中，投影模组的像点与物点之间是通过相位值建立联系的，物空间的绝对相位值分布与 DMD 芯片上的“像素坐标”是一一对应的。而求解投影模组的物像对应关系，需借助于成像模组，通过成像模组采集图像，求解出物空间的绝对相位分布，提取靶板上圆标识（标定板）的中心相位值。

        

 

投影模组标定操作步骤

       区别于成像模组的标定过程中直接采集不同位姿下的标定靶板图像，对投影模组标定时，需先求解不同位姿下靶板表面的相位分布，具体执行步骤为：

        1）调整靶板姿态到位后，控制成像模组采集一张靶板的图像，提取靶板圆标识的中心像素坐标；

        2）保持靶板位姿不变，向靶板投射1, 2,…128频率下的四步相移竖直条纹，同时采集对应的靶板条纹图像，再向靶板投射1,2,…128频率下的四步相移水平条纹，采集靶板条纹图像；计算靶板表面的绝对相位分布，通过线性差值得到并保存圆标识中心的相位值，对绝对相位值进行误差补偿；

        3）通过“绝对相位-像素坐标”关系模型，求解出标识点中心的 DMD 芯片像素坐标；

        4）重复步骤 1)~3)，共采集 14 组不同位姿靶板图像，获取对应的物像点数据，按照成像模组的标定模型，对投影模组参数进行标定。

系统测量精度：0.02mm

 

 

 

 

文献：基于条纹结构光投影的物体形貌精密测量-博-郝冲2020中国科学院大学