辨率；O为行条纹在像素点〇的 绝对相位，Nh为行条纹周期数，H为投影仪在垂直方向的分辨率。
[0089] 更进一步的说明，步骤A测量前的系统参数标定包括以下步骤：
[0090] (1)将标定板随机放20个位置，并用CCD相机采集标定板各个位置的图像；
[0091 ] (2) C⑶相机的内外参数矩阵和Scheimpf Iug矩阵的标定：计算出由空间一 点（Xw，Yw，Zw)到像素点（u。，V。）的单应性矩阵Η。= T 3Χ3ΑΜ。，然后根据单应性矩阵Η。 和Sche impf Iug条件下远心相机标定算法，标定出CXD相机的内外参数矩阵Α。和M。， Scheimpflug 矩阵 T3x3;
[0092] (3)使用DLP微型投影仪依次将四幅正弦列条纹和四幅行条纹分别投向标定板， 并分别用CCD相机捕捉拍摄；
[0093] (4)根据四步相移算法求解其相位主值，根据三频外差算法求解其绝对相位 Φ?丨）和Φ?丨），再根据绝对相位Φ?;)和％(?)，建立DLP微型投影仪像 素点(<,vf)与CCD相机像素点(?)之间的关系，从而，将CCD相机图像转换为投影仪图 像，与步骤（2) -样，根据根据单应性矩阵Hp和远心相机标定算法，标定出DLP微型投影仪 的内外参数矩阵Ap和M p。
[0094] 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的 原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术 人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它【具体实施方式】，这些方式都将落入 本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种新型微型元件三维测量系统，其特征在于：包括将用于投影已知图形的DLP微 型投影仪、用于采集受待测物体影响发生偏折或变形图像的照相装置、用于数据处理的计 算机和用于放置待测物体的载物平台； 所述DLP微型投影仪设置于所述载物平台的上方，其接受所述计算机编码设定的图 形，并将其图形垂直投影到待测物体上； 所述照相装置倾斜设置于所述载物平台的上方，所述照相装置的拍摄图像包括所述图 形受待测物体影响而发生偏折或变形的图像； 所述照相装置包括C⑶相机、Scheimpflug倾斜调整器和镜头，所述镜头通过所述 Scheimpf Iug倾斜调整器连接于所述C⑶相机，所述CXD相机的C⑶芯片相对所述镜头的平 面倾斜，其倾斜夹角为A ; 所述CCD芯片的平面、所述镜头的平面与所述待测物体的平面相交于同一条直线； 所述计算机分别与所述DLP微型投影仪和所述照相装置连接。2. 根据权利要求1所述的一种新型微型元件三维测量系统，其特征在于：所述DLP投 影仪的镜头由物方远心镜头替换。3. 根据权利要求2所述的一种新型微型元件三维测量系统，其特征在于：所述物方远 心镜头通过连接筒连接于所述DLP投影仪的DMD芯片。4. 根据权利要求2所述的一种新型微型元件三维测量系统，其特征在于：所述物方远 心镜头的分辨率为12um〇5. 根据权利要求1所述的一种新型微型元件三维测量系统，其特征在于：所述图形为 由计算机程序编码而成的结构光条纹。6. 根据权利要求1所述的一种新型微型元件三维测量系统，其特征在于：还包括标定 板，所述标定板随机放置于所述投影仪的投影范围内，且位于所述镜头的拍摄范围内。7. 根据权利要求1或6所述的一种新型微型元件三维测量系统，其特征在于：所述镜 头为双远心镜头。8. 使用权利要求7所述的一种新型微型元件三维测量系统的测量方法，其特征在于： 包括以下步骤： A、 测量前的系统参数标定，标定出(XD相机的内外参数矩阵A。和M。，Scheimpflug矩阵 T3x3;所述DLP微型投影仪Ol的内外部参数矩阵A p和M p; B、 待测物体测量：将待测物体放置在载物平台上，DLP投影仪将经计算机程序编码而 成的结构光条纹垂直投射到物体上，由CCD相机采集变形的结构光条纹图像并将其传回计 算机； C、 数据处理：计算机程序根据相位计算方法得到结构光条纹图像的绝对相位值后，根 据预先标定的系统参数，计算出待测物体表面的三维点云数据。9. 根据权利要求8所述的一种新型微型元件三维测量系统的测量方法，其特征在于： 步骤C中通过以下公式计算出被测物体表面的三维点云数据：上述⑴式中，（H)为相机图像中的像素点坐标；T3x3为Scheimpflug两个倾斜角 τ和P组成的矩阵，其表达式如下：其中，τ为主光轴与C⑶芯片平面垂线丄的夹角，0° < τ <90°，P为主光轴在CXD 芯片平面上的投影与芯片平面ν'轴的夹角，0° < P < 360° ; Α。为相机的内部参数矩阵，其表达式如下：其中，m。为双远心镜头的放大倍率：为(XD像元在u方向和V方向上 的尺寸，标定时，只能确立为像素坐标系下CCD芯片的中 心点坐标;M。= [IT f]为世界坐标系到相机坐标系的变换矩阵，其中IT= [r i r2 r3]为旋 转矩阵，f为平移矩阵； 上述（2)式中，（up，vp)为投影仪图像中的像素点坐标;Ap为投影仪的内部参数矩阵，其 表达式如下：其中，mp为物方远心镜头的放大倍率，mp= (b-f)/f，为DMD像元在u方向和v 方向上的尺寸，标定时，只能确立为像素坐标 系下DMD芯片的中心点坐标；Mp= [Rp tp]为世界坐标系到投影仪坐标系的变换矩阵，其中 Rp= [r I r2 r3]为旋转矩阵，tp为平移矩阵； 上述（3)、（4)式中，为列条纹在像素点的绝对相位，比为列条纹 周期数，W为投影仪在水平方向的分辨率；为行条纹在像素点：的绝对 相位，Nh为行条纹周期数，H为投影仪在垂直方向的分辨率。10.根据权利要求8所述的一种新型微型元件三维测量系统的测量方法，其特征在于： 步骤A测量前的系统参数标定包括以下步骤： (1) 将标定板随机放20个位置，并用CCD相机采集标定板在各个位置的图像； (2) (XD相机的内外参数矩阵和Scheimpf Iug矩阵的标定：计算出由空间一点 (Xw，Yw，Zw)到像素点（u。，V。）的单应性矩阵，然后根据单应性矩阵H。和 Scheimpf Iug条件下远心相机标定算法，标定出CXD相机的内外参数矩阵A。和M Scheimpflug 矩阵 T3x3; (3) 使用DLP微型投影仪依次将四幅正弦列条纹和四幅行条纹分别投向标定板，并分 别用CCD相机捕捉拍摄； (4) 根据四步相移算法求解其相位主值，根据三频外差算法求解其绝对相位和，再根据绝对相位，建立DLP微型投影仪像素点与CCD相机像素点之间的关系，从而，将CCD相机图像转换为投影仪图像，与 步骤（2) -样，根据根据单应性矩阵Hp和远心相机标定算法，标定出DLP微型投影仪的内 外参数矩阵Ap和M p。
【专利摘要】一种新型微型元件三维测量系统及其测量方法，所述系统包括将用于投影已知图形的DLP微型投影仪、用于采集受待测物体影响发生偏折或变形图像的照相装置、用于数据处理的计算机和用于放置待测物体的载物平台；所述照相装置包括CCD相机、Scheimpflug倾斜调整器和镜头，所述镜头通过所述Scheimpflug倾斜调整器连接于所述CCD相机，所述CCD相机的CCD芯片相对所述镜头的平面倾斜，其倾斜夹角为A；所述CCD芯片的平面、所述镜头的平面与所述物体的平面相交于同一条直线；所述计算机分别与所述DLP微型投影仪和所述照相装置连接。本发明的系统适用于条纹投影装置，同时，该系统不需要重新设计投影仪和与之配套的镜头，实现方便，成本低廉。
【IPC分类】G01B11/25
【公开号】CN105180841
【申请号】CN201510718714
【发明人】高健
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月28日