基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115077420A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202210843551.9(22)申请日2022.07.18(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人潘兵朱开宇俞立平(74)专利代理机构北京君有知识产权代理事务所(普通合伙)11630专利代理师潘丹(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)G01B11/16(2006.01)G06T7/80(2017.01)G06F17/16(2006.01)G06T7/73(2017.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法(57)摘要本发明提出的基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法主要包括荧光散斑制作、荧光激发与图像采集，被测物体表面散斑的蓝光主动立体成像以及反射变换矩阵求解。本发明的散斑制作过程比原有在镜面制作黑白散斑的方法更为方便快捷，且仅需简单的开关不同光源拍摄单组图像，通过计算后即可实现更为准确的反射变换标定；本发明中的荧光散斑不会与平面镜反射的物体像发生干涉，不占用相机传感器靶面，从而在实验中可以让被测物体的反射像占据镜面与相机传感器上更大的区域，实现更高精度的多视角数字图像相关测量。同时，在测量较大的物体时，由于表面不需要预留空间制作黑/白散斑，还可以减少所用平面镜尺寸，使测量系统更为紧凑。CN115077420ACN115077420A权利要求书1/2页1.基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法，其特征为，包括如下步骤：步骤1，荧光散斑制作：通过盛有荧光液的喷枪喷撒沉降、安装有可替换荧光墨盒的手持式喷墨打印机印刷或荧光液干燥沉积方式在平面镜上的任意区域制作荧光散斑；步骤2，荧光激发与图像采集：开启紫外灯对镜面上制作的荧光散斑充分照射激发，使得荧光散斑在镜头安装有蓝光带通滤波片的相机中清晰成像；步骤3，被测物体表面散斑的蓝光主动立体成像：通过计算机控制相机采集表面喷涂常规散斑的物体表面可直接被相机拍摄到的实像以及平面镜中反射的被测物体虚像；步骤4，反射变换矩阵求解：在获取物体全景形貌/变形图像以及镜面图像，并完成双相机系统标定后，基于常规的三维数字图像相关算法对图像进行处理，获取相应位置在统一世界坐标系下的三维坐标。2.根据权利要求1所述的基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法，其特征为：所述步骤2进一步包括如下内容:由于滤波片的阻挡，反射紫外光的被测物体表面不可见;通过计算机控制相机采集平面镜的荧光散斑图像用于反射变换标定。3.根据权利要求1所述的基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法，其特征为：所述步骤3进一步包括如下内容:关闭紫外光，开启蓝光，此时平面镜上的散斑将变得不可见，物体在镜中反射的像变得可见；使用步骤2中同样的安装蓝光带通滤波片的相机进行图像采集，获得物体的形貌或变形图像。4.根据权利要求1所述的基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法，其特征为：所述步骤2和步骤3可以替换；在完成物体图像采集后关闭蓝光，再开启紫外光，采集平面镜荧光散斑图像；安装在相机镜头上的蓝色带通滤波片可有效减弱环境光的影响，并显著降低光滑物体表面镜面反射对计算带来的干扰。5.根据权利要求1所述的基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法，其特征为：所述步骤4进一步包括如下内容：对以荧光散斑作为空间位置载体的镜面坐标进行平面拟合，获取其单位法向量与平面到坐标系原点的距离；而后，镜面中反射的不可直接被相机观测到的区域的虚拟点坐标与其真实位置点坐标之间的关系可由反射变换矩阵建立。6.根据权利要求1所述的基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法，其特征为：所述步骤4进一步包括如下内容：以毫米为单位的三维空间点P（0xw，yw，zw）在以像素为单位的摄像机平面上的投影（u，v）通过理想针孔模型描述为：（1）上式中等式右侧第一个矩阵为相机的内参矩阵，其中的α、β分别为图像在u、v轴的焦距参数，γ为图像的歪斜参数，（u0，v0）为主点坐标；R为旋转矩阵，t为平移矩阵，二者为相机的外参；外参和内参是数字图像相关计算的基础参数，也是标定的目标参数；S为尺度因子，用于描述放大倍数；通过拍摄标准圆点标定板的双目立体多位姿图像实现双相机系统的内外参标定。7.根据权利要求6所述的基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法，其特征为：完成相机标定后，对所拍摄到的图像进行数字图像相关计算；数字图像相关匹配基于反向组合高2CN115077420A权利要求书2/2页斯牛顿（InversecompositionalGauss‑Newton，ICGN）算法进行，其中用于描述图像子区相关性的参数为零均值归一化最小距离平方和（Zero‑meannormalize