一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量方法及装置

1.本发明涉及双目相位偏折测量领域，具体涉及一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量方法及装置。


背景技术：

2.随着工业制造技术的发展，对工业自动化检测也提出了更高的要求，高反表面是一类特殊器件，常被应用于光学领域作为反射器件，其中典型代表包括hud，短焦投影反射镜等。由于这类表面光学特征相对复杂，同时对检测精度要求很高，因此这类器件检测相对困难。传统检测手段有轮廓仪，三坐标测量仪等，但是这类检测手段耗时严重，不满足工业级批量检测需求。
3.相位偏折测量技术是一种可用于高反表面高精度测量的视觉测量技术，其测量精度可与干涉仪对标，是此类高反器件高精度检测的一类有效手段。其中双目相位偏折测量技术是一类结构简单，可适用于复杂表面的测量技术，得到的广泛的研究。然而，传统双目相位偏折测量技术存在一些缺陷，一方面，双目相机需要有一定的夹角以保证双目重构的精度，因此要求屏幕尺寸需要相对比较大，而大尺寸屏幕一方面会增加系统重量，另一方面会由于表面折射等因素影响检测精度，同时大尺寸屏幕也更容易受到重力影响而发生变形，从而影响检测精度。河北工业大学张宗华等人提出一种基于曲面屏的相位偏折测量技术，能够在一定程度上减小屏幕尺寸，然而这种方法中曲面屏又会成为一个不可控因素影响检测精度。
4.综上，亟需提出一种检测手段，能够解决传统双目相位偏折测量技术灵活性差，测量鲁棒性差等问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量方法及装置，通过设置辅助特征点，实现了双目位条件下对待测物体的高精度测量。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量方法，包括：
7.s1、调整第一相机、第二相机、屏幕、基础特征点与待测物体至测量位置；
8.s2、利用所述第一相机采集待测物体的相移图像得到第一相机的屏幕像素点；
9.s3、利用所述第二相机获取待测物体对应初始特征点的法向量；
10.s4、利用所述第一相机的屏幕像素点与待测物体对应初始特征点的法向量得到待测物体的测量特征点；
11.s5、利用所述待测物体的测量特征点得到待测物体的测量结果。
12.优选的，所述调整第一相机、第二相机、屏幕、基础特征点与待测物体至测量位置包括：
13.调整所述第一相机与第二相机的间距均大于待测物体与第一相机、第二相机的距
离的三分之一；
14.调整屏幕的倾斜角度至屏幕在待测物体中对应的虚像正对第一相机；
15.调整基础特征点至基础特征点在待测物体中对应的虚像正对第二相机。
16.优选的，利用所述第一相机采集待测物体的相移图像得到第一相机的屏幕像素点包括：
17.利用所述第一相机采集屏幕中待测物体正弦条纹序列的相移图像；
18.利用所述待测物体正弦条纹序列的相移图像进行解相位处理得到第一相机像素点对应的第一相机的屏幕像素点。
19.优选的，利用所述第二相机获取待测物体对应初始特征点的法向量包括：
20.利用所述第二相机基于基础特征点得到第一光线；
21.利用所述第一光线根据待测物体得到待测物体辅助测量点；
22.利用所述待测物体辅助测量点得到待测物体辅助测量点法向量；
23.利用所述待测物体辅助测量点法向量作为待测物体对应初始特征点的法向量。
24.优选的，利用所述第一相机的屏幕像素点与待测物体对应初始特征点的法向量得到待测物体的测量特征点包括：
25.利用所述第一相机的屏幕像素点与待测物体辅助测量点的连线作为第一相机反射光线；
26.利用第一相机像素点与待测物体辅助测量点的连线作为第一相机入射光线；
27.利用所述第一相机入射光线与第一相机反射光线得到第一相机初始特征点法向量；
28.利用所述第一相机初始特征点法向量得到待测物体的测量特征点。
29.进一步的，利用所述第一相机初始特征点法向量得到待测物体的测量特征点包括：
30.利用第二相机基于基础特征点得到第二相机像素点；
31.利用所述第二相机像素点与待测物体辅助测量点的连线作为第二相机入射光线；
32.利用所述待测物体辅助测量点与基础特征点的连线作为第二相机反射光线；
33.利用所述第二相机入射光线与第二相机反射光线得到第二相机初始特征点法向量；
34.利用所述第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量得到待测物体的测量特征点。
35.进一步的，利用所述第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量得到待测物体的测量特征点包括：
36.判断所述第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量是否相同，若是，则利用所述第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量对应的待测物体辅助测量点作为待测物体的测量特征点，否则，放弃处理。
37.优选的，利用所述待测物体的测量特征点得到待测物体的测量结果包括：
38.当第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量相同时，利用所述第二相机初始特征点法向量对应的待测物体的测量特征点和与所述第二相机初始特征点法向量对应的待测物体的测量特征点对应的法向量建立第二待测面形；
39.利用第一相机像素点与第一相机像素点对应的屏幕映射点基于所述第二待测面形得到修正待测面形；
40.判断所述修正待测面形的结果是否为收敛，若是，则利用所述修正待测面形作为待测物体的测量结果，否则，重新建立第二待测面形。
41.基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量装置，包括第一相机、第二相机、屏幕与基础特征点，所述第一相机、第二相机、屏幕与基础特征点等高度间隔设置于待测物体的上方。
42.优选的，所述第一相机与第二相机的间隔大于第一相机或第二相机距离待测物体的三分之一。
43.与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
44.通过双相机配合一块小尺寸屏幕和一个特征点即可完成测量，在系统布局过程中，尽可能避免屏幕表面保护玻璃折射的影响，同时也减轻屏幕平面度对检测精度的影响，提高传统双目相位偏折测量技术的鲁棒性，并在一定程度上减轻重量，简化结构。
附图说明
45.图1是本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量方法的流程图；
46.图2是本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量装置的示意图；
47.图3是本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量实际应用方法的示意图；
48.图4是本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量实际应用方法的迭代流程图；
49.附图标记：
50.1、第一相机；2、第二相机；3、屏幕；4、基础特征点；5、待测物体。
具体实施方式
51.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
52.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
53.实施例1：
54.本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量方法，如图1所示，包括：
55.s1、调整第一相机、第二相机、屏幕、基础特征点与待测物体至测量位置；
56.s2、利用所述第一相机采集待测物体的相移图像得到第一相机的屏幕像素点；
57.s3、利用所述第二相机获取待测物体对应初始特征点的法向量；
58.s4、利用所述第一相机的屏幕像素点与待测物体对应初始特征点的法向量得到待测物体的测量特征点；
59.s5、利用所述待测物体的测量特征点得到待测物体的测量结果。
60.s1具体包括：
61.s1-1、调整所述第一相机与第二相机的间距均大于待测物体与第一相机、第二相机的距离的三分之一；
62.s1-2、调整屏幕的倾斜角度至屏幕在待测物体中对应的虚像正对第一相机；
63.s1-3、调整基础特征点至基础特征点在待测物体中对应的虚像正对第二相机。
64.s2具体包括：
65.s2-1、利用所述第一相机采集屏幕中待测物体正弦条纹序列的相移图像；
66.s2-2、利用所述待测物体正弦条纹序列的相移图像进行解相位处理得到第一相机像素点对应的第一相机的屏幕像素点。
67.s3具体包括：
68.s3-1、利用所述第二相机基于基础特征点得到第一光线；
69.s3-2、利用所述第一光线根据待测物体得到待测物体辅助测量点；
70.s3-3、利用所述待测物体辅助测量点得到待测物体辅助测量点法向量；
71.s3-4、利用所述待测物体辅助测量点法向量作为待测物体对应初始特征点的法向量。
72.s4具体包括：
73.s4-1、利用所述第一相机的屏幕像素点与待测物体辅助测量点的连线作为第一相机反射光线；
74.s4-2、利用第一相机像素点与待测物体辅助测量点的连线作为第一相机入射光线；
75.s4-3、利用所述第一相机入射光线与第一相机反射光线得到第一相机初始特征点法向量；
76.s4-4、利用所述第一相机初始特征点法向量得到待测物体的测量特征点。
77.s4-4具体包括：
78.s4-4-1、利用第二相机基于基础特征点得到第二相机像素点；
79.s4-4-2、利用所述第二相机像素点与待测物体辅助测量点的连线作为第二相机入射光线；
80.s4-4-3、利用所述待测物体辅助测量点与基础特征点的连线作为第二相机反射光线；
81.s4-4-4、利用所述第二相机入射光线与第二相机反射光线得到第二相机初始特征点法向量；
82.s4-4-5、利用所述第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量得到待测物体的测量特征点。
83.s4-4-5具体包括：
84.s4-4-5-1、判断所述第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量是否相同，若是，则利用所述第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量对应的待测物体辅助测量点作为待测物体的测量特征点，否则，放弃处理。
85.s5具体包括：
86.s5-1、当第一相机初始特征点法向量与第二相机初始特征点法向量相同时，利用所述第二相机初始特征点法向量对应的待测物体的测量特征点和与所述第二相机初始特
征点法向量对应的待测物体的测量特征点对应的法向量建立第二待测面形；
87.s5-2、利用第一相机像素点与第一相机像素点对应的屏幕映射点基于所述第二待测面形得到修正待测面形；
88.s5-3、判断所述修正待测面形的结果是否为收敛，若是，则利用所述修正待测面形作为待测物体的测量结果，否则，重新建立第二待测面形。
89.实施例2：
90.本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量装置，如图2所示，包括第一相机1、第二相机2、屏幕3与基础特征点4，所述第一相机1、第二相机2、屏幕3与基础特征点4等高度间隔设置于待测物体5的上方，所述第一相机1与第二相机2的间隔大于第一相机1或第二相机2距离待测物体5的三分之一。
91.实施例3：
92.本发明提供了一种基于辅助特征点的双目相位偏折测量实际应用方法，包括：
93.(1)调整相机和屏幕的位置，首先保证双相机距离大于相机与待测件距离的1/3，以提高双目测量精度，然后调整屏幕倾斜角度，保证屏幕在待测件中的虚像正对第一相机，调整特征点位置，也保证其虚像正对第二相机，尽可能保证特征点位于第二相机视野中心；
94.(2)屏幕显示正弦条纹序列组成的相移图像，并由第一相机实时采集，相机通过解相位后，计算出相机每一个像素点对应的屏幕像素点；
95.(3)如图3所示，基于第二相机中拍摄到的特征点c2，构造出光线l，在这条光线上进行搜索，得到p1，p，p3等一系列点(如在待测点大致位置的基础上，上下偏移50mm的范围，然后按照0.1mm的间距在这100mm的范围内平均取点，得到p1,p2,p3,p4
…
)，对于每一个点，第二相机可计算出一条法向量，如对于特征点p3来说，连接c2p3和wp3，得到入射光线和反射光线，从而计算出在p3点对应法向量，同样的，通过第一相机也可以计算出对应法向量，通过判断两个相机计算得到的法向量是否重合，判断是否搜索到了正确的点，最终找到待测面上的点p。
96.(4)通过迭代的思想求解待测表面面形，迭代过程如图4所示，首先基于步骤(3)，得到了待测表面上的一个特征点以及该特征点对应的法向量，首先基于特征点和法向量，构造出一个平面，假设这一平面就是待测面形，此时连接平面上的点与第一相机对应像素点以及在屏幕中对应的映射点，可以计算出一系列法向量坐标。然后对计算得到的法向量进行积分，得到一组修正后的待测面形。重复上述过程多次，直到结果收敛，从而得到最终面形测量结果。
97.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
98.本发明是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
99.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
100.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
101.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。