【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学测量，尤其涉及一种基于远心成像的高精度三维重构装置及方法。
技术介绍
1、随着微制造技术的发展，精密工程微型零件的生产对计量技术的要求越来越高。精密系统，如微机电系统(mems)和微光学设备，包含了尺寸在微米到毫米量级的微型部件组件。显微条纹投影3d测量技术因其具备非接触、测量速度快、点云数据稠密、成本低和易于实现，并能较好地兼顾系统灵活性与测量精度等特点。
2、基于远心成像的显微条纹投影3d测量技术通常由一个远心镜头和一个投影仪组成。相比于非远心光学系统，采用平行光设计的远心光学系统具有放大倍率稳定、系统畸变低、景深大等优点。但是由于装配误差的原因，会导致远心镜头存在远心度，导致其放大倍率在景深范围内并不是恒定的。
3、传统的基于远心成像的三维重构系统没有考虑到远心度误差的影响，导致只使用某一平面标定得到的参数运用于整个景深范围的三维重构，从而给重构结果带入了远心度误差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种基于远心成像的高精度三维重构装置及方法，旨在解决现有技术中相高模型重构精度不高和远心度在三维重构中引起的测量误差导致三维重构精度不高的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于远心成像的高精度三维重构装置，包括：
3、单目结构光三维重构系统、数据处理装置、标定板、平移台和实验架；
4、所述单目结构光三维重构系统包括：远心相机和投影装置，所述远心相机包括：相机和远心镜头；>
5、所述单目结构光三维重构系统固定在所述实验架上，所述远心镜头正对所述标定板，所述标定板固定在所述平移台上；
6、所述投影装置，用于投射预设图案到所述标定板上；所述远心相机用于拍摄所述标定板上的图案；
7、所述平移台，用于改变所述远心镜头的景深；
8、所述数据处理装置，用于控制所述远心相机和投影装置工作，通过预设算法，获取被测物体高精度的三维坐标。
9、为实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于远心成像的高精度三维重构方法，包括：
10、利用投影装置投射预设图案到所述标定板，利用远心相机拍摄所述标定板上的图案；
11、利用拍摄所得的图案，对所述远心相机进行标定；
12、将预设编码图案投射到被测物体表面，基于标定后的所述远心相机，拍摄被测物体的表面的编码图案，获取图像对应像素的高度信息；
13、基于所述图像对应像素的高度信息，对每个像素点进行远心误差补偿，获取被测物体高精度的三维坐标。
14、可选地，拍摄所得的所述图案包括：原图像序列和编码图像序列；
15、利用拍摄所得的所述图案，对所述远心相机进行标定包括：
16、利用拍摄得到的所述原图像序列，对远心相机进行标定和考虑远心度误差的径向畸变参数进行标定；
17、利用拍摄得到的编码图像序列，对单目结构光三维重构系统进行相高模型标定。
18、可选地，使用拍摄得到的所述原图像序列，对远心相机进行标定包括：
19、选取所述原图像序列中清晰度最高的标定板图像；
20、将清晰度最高的标定板图像的位置作为中心平面，并进行坐标系转换，获取超定方程；
21、对所述超定方程采用最小二乘法可求出远心镜头的放大倍率；
22、基于所述放大倍率，建立待优化的目标函数；
23、采用lm法，对所述待优化的目标函数进行非线性迭代，完成远心相机标定。
24、可选地，选取所述原图像序列中清晰度最高的标定板图像的方法为：
25、
26、其中，s为计算得到的清晰度值，i(x,y)为像素点(x，y)处的强度，m和n分别为行数和列数；
27、所述超定方程为：
28、[yi]＝[k][r4xwi+r5ywi+t2]
29、其中，yi为图像坐标系下的y坐标，k为远心镜头的放大倍率，r4为旋转分量，xwi为世界坐标系下的x坐标，r5为旋转分量，ywi为世界坐标系下的y坐标，t2为平移分量；
30、所述待优化的目标函数为：
31、
32、其中，du、dv分别为像素在x轴和y轴方向的物理尺寸，u0、v0分别为像主点坐标，k1、k2均为径向畸变参数，p1、p2均为切向畸变参数，s1、s2均为薄棱镜畸变参数。
33、可选地，使用拍摄得到的所述原图像序列，对考虑远心度误差的径向畸变参数进行标定包括：
34、建立所述径向畸变参数与偏离中心平面距离的关系模型；
35、利用中心平面标定得到的畸变参数作为初值，对所述关系模型进行迭代优化，完成考虑远心度误差的径向畸变参数标定。
36、可选地，利用拍摄得到的编码图像序列，对单目结构光三维重构系统进行相高模型标定包括：
37、对所述单目结构光三维重构系统建立相高模型；
38、对所述编码图像序列的标定板底色区域建立掩膜，通过解相得到标定板底色区域的相位信息，利用空间曲面对标定板底色区域的相位进行拟合；
39、利用曲面拟合后插值各平面的绝对相位信息及已知各平面间距进行所述相高模型的标定。
40、可选地，利用曲面拟合后插值各平面的绝对相位信息及已知各平面间距进行所述相高模型的标定包括：
41、根据远心镜头景深范围，选取远离远心镜头的景深边界位置为参考平面，使用已知偏离中心平面距离的平面的绝对相位值减去参考平面的绝对相位值，得到各平面绝对相位与参考平面绝对相位的差，根据深度与相位关系完成所述相高模型的标定。
42、可选地，获取图像对应像素的所述高度信息包括：
43、对拍摄的编码图案进行解相，获取被测物体调制后的绝对相位，
44、基于被测物体调制后的绝对相位减去标定板参考平面处的绝对相位，获取图像每个像素点对应的相位差；
45、根据所述相位差和相高模型标定结果得到图像对应像素位置距离参考平面的所述高度信息。
46、可选地，基于所述图像对应像素的高度信息，对每个像素点进行远心误差补偿，获取被测物体高精度的三维坐标包括：
47、将被测点与中心平面的距离引入到畸变模型中，即不同成像深度的被测点采用的畸变参数不同；被测点与中心平面的距离初值采用中心平面的畸变参数获取，并循环迭代，直至该距离值收敛。根据所述图像对应像素的高度信息，远心相机在中心平面标定得到的参数和考虑远心度误差的径向畸变参数标定进行误差补偿，获取精确的实际物理坐标xw、yw，所述图像对应像素的高度信息为zw坐标，最终获得对应像素点高精度的三维坐标xw、yw、zw。
48、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
49、本专利技术提出一种基于远心成像的高精度三维重构装置及方法，通过预设结构和位置搭建三维重构装置，利用投影装置投射预设图案到标定板，利用远本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于远心成像的高精度三维重构装置，其特征在于，包括：单目结构光三维重构系统、数据处理装置、标定板、平移台和实验架；
2.一种基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，用于实施权利要求1所述的基于远心成像的高精度三维重构装置，所述方法包括：
3.根据权利要求2所述的基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，拍摄所得的所述图案包括：原图像序列和编码图像序列；
4.根据权利要求3所述的基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，使用拍摄得到的所述原图像序列，对远心相机进行标定包括：
5.根据权利要求4所述的基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，选取所述原图像序列中清晰度最高的标定板图像的方法为：
6.根据权利要求5所述的基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，使用拍摄得到的所述原图像序列，对考虑远心度误差的径向畸变参数进行标定包括：
7.根据权利要求3所述的基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，利用拍摄得到的编码图像序列，对单目结构光三维重构系统进行相高模型标定包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于远心成像的高精度三维重构装置，其特征在于，包括：单目结构光三维重构系统、数据处理装置、标定板、平移台和实验架；
2.一种基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，用于实施权利要求1所述的基于远心成像的高精度三维重构装置，所述方法包括：
3.根据权利要求2所述的基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，拍摄所得的所述图案包括：原图像序列和编码图像序列；
4.根据权利要求3所述的基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，使用拍摄得到的所述原图像序列，对远心相机进行标定包括：
5.根据权利要求4所述的基于远心成像的高精度三维重构方法，其特征在于，选取所述原图像序列中清晰度最高的标定板图像的方法为：
6.根据权利要求5所述的基于远心成像的高精度...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文杰，李富权，王海舰，高兴宇，陈雪，刘伍浪，王贝贝，黄玉源，刘规杰，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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