一种基于路径的高度映射的校准补偿方法技术

正弦条纹相移法投影的3D测量系统存在光照不均匀、光源老化、镜头畸变以及装配等系统误差，其次受检测物体表面材质影响产生的过曝，过暗引起的检测误差，采用基于路径的相位解包裹及高度映射方法，上述误差会在还原路径上传导累积，导致高度检测结果存在误差，进而同一对象在FOV不同位置的一致性差。本发明专利技术提出基于路径的相位解包裹及高度映射的校准补偿方法。首先通过在FOV中建立若干个宫格区域进行投影拍照及相位解包裹，以解包裹后相位的变化方向建立标定补偿线，然后以采样点到轴线的距离为输入，标准高度和实际高度的比值作为输出建立拟合模型，拟合采用分段的线性/非线性拟合，迭代得到最佳的标定参数。本发明专利技术有效的抑制累积误差，显著提高FOV不同位置高度检测结果的一致性。测结果的一致性。测结果的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于路径的高度映射的校准补偿方法


[0001]本专利技术涉及3D检测
，尤其涉及一种正弦条纹相移法投影3D测量技术中基于路径的高度映射的校准补偿方法。

技术介绍

[0002]工业在线3D检测，存在光照不均匀、光源老化、镜头畸变以及装配等系统误差，且受检测物体表面材质影响产生的过曝或者过暗引起的检测误差，应用中如采用基于路径的相位解包裹及高度映射方法会在还原路径上传导累积，导致高度检测结果存在误差，进而使同一对象在FOV不同位置的一致性差。本专利技术专利旨在解决FOV不同位置检测结果不一致问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中因为系统误差导致检测设备重复测试精度下降的问题，提供一种能够有效提高3D检测设备高度一致性的校准补偿方法。
[0004] 本专利技术是通过下述技术方案解决上述技术问题的：一种基于路径的高度映射的校准补偿方法，该方法采用检测设备中机构，包括运动控制平台，相机，投影单元(包括PZT推动光栅模拟量投影单元或者如DMD数字投影单元)以及标定块，该方法包括：S1、按照设定的宫格参数为标定块上的标定点分配FOV，分配标定点到FOV不同宫格的位置。 S2、投影单元生成正弦条纹，运动控制模块控制相机移动到指定FOV位置并取像。S3、解相位，求出标定点在FOV
i,j
中的高度H
i,j
，其中c，r为FOV设定的宫格的列数和行数，必须为奇数，i=0,1,
…
,c，j=0,1,
…<br/>,r。S4、根据投影单元中正弦条纹光角度
Ø
和图像的中心点(W/2,H/2)建立标定补偿线L，L的计算公式为：y=x*tan
Øꢀ
+H/2
‑
(W/2
‑
tan
Ø
)，其中W为图像的宽，H为图像的高。S5、在每个FOV
i,j
中，求出图像中标定点的位置(u
i
,v
i
)、标定点到标定补偿线L的距离d
i,j
以及测试高度H
i,j
与点实际标准高度H
stard
的比值k
i,j
。S6、以d
i,j
为输入，k
i,j
为输出，建立拟合模型，应用模型展开到整个FOV，更新点在不同FOV中的高度H
i,j
’
。S7、循环执行步骤S6，直到H
i,j
’
和实际高度H
stard
的差值小于预设的阈值精度。
[0005] 其中，步骤S1包括：S8、标定块包含至少一个已知(X,Y,Z)坐标的标定点和一对已知(X,Y)坐标Mark点。S9、为Mark点分配FOV，Mark点需要保证在FOV中间，即(W/2,H/2)。S
10
、FOV的位置X，Y由以下公式求出： X
i,j
=x+0.5*S
x
/c+j* S
x
/c
‑ꢀ
S
x
/2，Y
i,j
=y+0.5*S
y
/r+i* S
x
/r
‑ꢀ
S
y
/2。其中c，r为FOV设定的宫格的列数和行数，必须为奇数；i=0,1,
…
,c，j=0,1,
…
,r；x，y分别为标定点在平台中的X坐标和Y坐标；Sx、Sy为FOV的X方向和Y方向的物理大小。S
11
、相机在取像的时候必须先拍摄Mark点所在的FOV，拍摄完FOV后需要建立Mark补偿后再进行后续的标定工作。
[0006]其中，步骤S2、S3包括：S
12
、支持的每个单独的投影单元都要进行取像、相位计算、解包裹相位以及高度映射。S
13
、每一个投影头都需要进行单独标定。S
14
、利用多步相位移法获取由该相机观测获得的各观测点的相位。S
15
、整个系统需要经过2D和3D标定，即相机的内
外参数、镜头的畸变参数、运动范围空间参数以及相位
‑
高度的映射关系已经建立。
[0007]其中，步骤S6包括：S
15
、进行整个运动控制范围的标定。S
16
、模型拟合方式可以支持线性模型和非线性模型。S
17
、线性拟合采用分段拟合的方式，分段数量n可以设定，分段区间根据图像大小(W,H)自适应。
[0008]本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术以图像中心位置的正弦性为参考，保证了FOV各个宫格位置的高度与FOV中心的高度的一致性。建立标定补偿线，抑制了条纹光方向上的正弦性失真。采用分段线性拟合及非线性拟合方法建立模型，能够有效抑制视觉系统在FOV中心到FOV边缘的畸变。拟合模型不断进行自动迭代循环直到达到预设精度，并不依赖过多的人为操作。另外，本专利技术可设定的宫格数量和FOV的自动划分方式，能够快速实现标定点的精确定位和全宫格测试。
附图说明
[0009]图1为本专利技术采用的机构的示意图。
[0010]图2为本专利技术采用的校正板的示意图。
[0011]图3为本专利技术校准补偿的完整流程示意图。
具体实施方式
[0012]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明，以详细说明本专利技术的技术方案。
[0013]如图1和图2所示，本专利技术采用的检测设备中机构包括运动控制平台，相机，投影单元以及标定块。运动控制平台由X，Y方向的伺服马达和Z轴方向的步进马达控制，视觉系统由多个投影单元和相机组成，投影单元可以采用数字投影仪，也可以采用一组由照明光源、准直镜组、正弦光栅及投影镜头构成的光栅投影装置，主要作用是投射出正弦光条纹到检测物体表面，然后通过相机对各个观测点进行观测，并对观测数据进行处理，最终获得各个观测点的三维空间坐标。标定块含有至少一对用于2D定位的Mark点和至少一个用于高度一致性标定的标定点，Mark点的平面坐标和标定点的空间坐标必须是已知的。整个系统经过2D标定和3D标定，即相机的内外参数、镜头的畸变参数、运动范围空间参数以及相位
‑
高度的映射关系已经建立。下面对本专利技术中基于路径的相位解包裹及高度一致性补偿方法进行详细说明。
[0014]S1、按照设定的宫格参数为标定块上的标定点分配FOV，分配标定点到FOV不同宫格的位置。分配的FOV包含为Mark分配FOV以及为标定点分配的FOV：Mark点需要保证在FOV中间，即(W/2,H/2)； FOV的位置X,Y由以下公式求出： X
i,j
=x+0.5*S
x
/c+j* S
x
/c
‑ꢀ
S
x
/2，Y
i,j
=y+0.5*S...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.正弦条纹相移法投影3D测量技术中基于路径的高度映射的校准补偿方法，该方法采用检测设备中机构，包括运动控制平台，相机，投影单元(包括PZT推动光栅模拟量投影单元或者如DMD数字投影单元)以及标定块，该方法包括：S1、按照设定的宫格参数为标定块上的标定点分配FOV，分配标定点到FOV不同宫格的位置；S2、投影单元生成正弦条纹，运动控制模块控制相机移动到指定FOV位置并取像；S3、解相位，求出标定点在FOV
i,j
中的高度H
i,j
，其中c，r为FOV设定的宫格的列数和行数，必须为奇数，i=0,1,
…
,c，j=0,1,
…
,r；S4、根据投影单元中正弦条纹光角度
Ø
和图像的中心点(W/2,H/2)建立标定补偿线L，L的计算公式为：y=x*tan
Øꢀ
+H/2
‑
(W/2
‑
tan
Ø
)，其中W为图像的宽，H为图像的高；S5、在每个FOV
i,j
中，求出图像中标定点的位置(u
i
,v
i
)、标定点到标定补偿线L的距离d
i,j
以及测试高度H
i,j
与点实际标准高度H
stard
的比值k
i,j
；S6、以d
i,j
为输入，k
i,j
为输出，建立拟合模型，应用模型展开到整个FOV，更新点在不同FOV中的高度H
i,j
’
；S7、循环执行步骤S6，直到H
i,j
’
和实际高度H
stard
的差值小于预设的阈值精度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，杨阳，佘敏敏，王志超，翟雷，
申请(专利权)人：嘉兴市像景智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：