光栅投影测量系统中投影仪单周期条纹双四步相移标定法研究

摘要

近年来，随着民用航空业的快速发展，航空发动机维修产业的发展受到高度重视。叶片作为航空发动机的关键零部件，其维修量占发动机维修总量的近一半。大多数损伤叶片需要焊接修复，而自动化焊接修复是发展趋势。为了保证缺损叶片自动焊接修复的跟踪精度，获取其精确的三维形貌尺寸是关键环节，非接触式光学三维测量是缺损叶片形貌测量的首选。以DMD(Digital MicromirrorDevice)数字微镜器件为核心的DLP(Digital Light Processing)投影仪是组成光栅投影测量系统的关键部件，用于投影数字结构光条纹，其标定精度是影响叶片三维精密测量精度的重要因素之一。 通过投影条纹法获得的相位信息，建立相机和投影仪对应关系的投影仪标定方法，不受相机标定结果的影响，没有二次误差的传播。但存在倾斜投影和投影仪畸变等问题，影响投影仪的标定精度。改善这种投影仪标定方法的不足，提出一种高精度、高效率的投影仪标定方法势在必行。 针对投影仪倾斜投影多周期条纹造成条纹周期和级数变化的问题，设计生成一种单周期光栅条纹。并用此单周期光栅条纹代替传统的多周期光栅条纹用于投影仪标定，解决条纹周期和级数变化对投影仪标定过程中绝对相位信息与投影仪像素坐标转换精度的问题。且单周期条纹相位提取和相位展开的方法简单、处理时间快，在保证精度的前提下可提高投影仪标定效率。 针对投影仪自身存在的畸变导致相位信息非线性问题，提出一种双四步相移投影仪标定方法。对两次四步相移得到的相位主值图进行叠加，用于去除由投影仪畸变造成的非线性误差，改善投影仪标定精度。该方法仅需投射两倍数目的单周期条纹，不需要对投影仪进行畸变校正或相位误差补偿，操作方便，设备简单。 经3ds Max软件仿真和实验验证，证明了单周期条纹双四步相移投影仪标定方法可以精确快速的获得投影仪相关的内参数和外参数，满足叶片三维测量的要求。并对叶片某一个面的点云数据进行采集实验，生成的叶片面型实验效果较好。

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