基於雙目視覺的鏡面絕對面型測量原理及其套用研究

《基於雙目視覺的鏡面絕對面型測量原理及其套用研究》是依託南京理工大學，由何勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於雙目視覺的鏡面絕對面型測量原理及其套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何勇
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

先進天文望遠鏡中廣泛使用的自由曲面鏡面具有非旋轉對稱或高非球面度的特點，難以採用傳統檢測手段測量面形。相位偏折術是一種通過探測標準條紋經過被測鏡面反射後的變形量進行面形檢測的技術，因兼具靈活性、測量效率和測量精度，可用於自由曲面的測量。然而傳統的條紋反射法需要知道被測件的CAD數據，屬於相對檢測。為了實現被測面上各點與CAD數據各個點的匹配，需要對測試設備的裝調提出嚴格要求。本課題將以相位偏折術為基礎，引入雙目視覺的概念，提出基於雙目視覺的鏡面絕對面形測量方法；設計標定板，提出一種將測試顯示屏坐標系和兩個探測器各自坐標系統一到被測件所在的世界坐標系中的方法；提出一種多頻外差的相位解包算法，實現相位的高精度展開；研究多種基於梯度的面形恢復算法，分析各自算法的利弊。基於以上方案，通過對不同面形鏡面的測量研究，完善基於雙目視覺的相位偏折術理論與技術，以滿足天文光學鏡面檢測的靈活性、高精度和高效率

結題摘要

光學鏡面的面型精度直接影響了光學系統的性能。隨著光學設計、製造技術的提高和實際需求增加，在光學系統中越來越廣泛地使用到具有高非球面度或非旋轉對稱特點的自由曲面，而傳統的光學測試技術難以測量這種複雜的面型，所以自由曲面的測量技術面臨瓶頸，迫切的需要一種兼具靈活性、精度與效率的光學面型檢測手段。條紋反射法以其高精度、高效率和非接觸的優點，在自由曲面的三維形貌測量上具有研究的意義和價值，而傳統的條紋反射法需要知道待測件的面型數據，且需要對測試設備的裝調有嚴格的要求。本課題以條紋反射法為基礎，引入雙目視覺的概念，提出基於雙目視覺的鏡面絕對面型測量方法，實現對自由曲面的非接觸測量。 首先對系統標定展開了分析討論，研究了張正友平面標定法，同時標定該相機的內參和外參，但是相機內參在焦距固定的情況下，與待測件和環境無關，針對外參的標定，研究了直角三點標定法，並分析了兩種方法的標定結果。提出了一種顯示器的標定方法，採用一件具有規則反射面的標定板標定顯示器，通過矩陣轉換實現了測試顯示器坐標系和兩個相機各自坐標系在標定板所在的世界坐標系下的統一。並分析了標定板精度對標定結果的影響。然後研究了四種全局相位解包技術，對比分析了其在具有隨機噪聲和離焦誤差情況下對摺疊相位的求解精度。之後研究了基於雙目視覺的梯度獲取算法，實現了梯度數據的絕對測量。研究了基於梯度數據的澤尼克多項式擬合法和傅立葉變換法的面型重建技術，並對兩種算法進行仿真分析。最後構建了基於雙目視覺的鏡面絕對面型測量的數學模型，驗證了該方法的可行性，並分析了該方法中匹配數據的量化大小對面型測量結果的影響。搭建了基於雙目視覺的鏡面絕對面型測量系統，對一件標準拋物面反射鏡和汽車後視鏡進行實際測量，檢測精度可以達到微米量級。