專利名稱：柔性網(wǎng)狀面形照相測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形照相測(cè)量方法，尤其適用于射電望遠(yuǎn)鏡或雷達(dá)天線網(wǎng)狀面板的面形的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
射電望遠(yuǎn)鏡或雷達(dá)天線常用的無孔實(shí)體面板的檢測(cè)和調(diào)整已經(jīng)有眾多的理論和方法，測(cè)量手段也各不相同且各具優(yōu)勢(shì)，如光學(xué)方法、射電全息法、激光測(cè)量方法等，但是對(duì)網(wǎng)狀面板的面形測(cè)量卻一直沒有很好的簡(jiǎn)單快捷的檢測(cè)方法。網(wǎng)狀面板曲面一般是拋物面，常用尺寸大小一般達(dá)an χ 2m, 一般選用直徑約0. 5mm的鋼絲，網(wǎng)孔大小一般約10mm。網(wǎng)狀面形的特性決定了其檢測(cè)的難度和復(fù)雜性。網(wǎng)狀面板一般由鋼絲網(wǎng)編制而成，具有較大的柔性，存在易變形的缺點(diǎn)，因此對(duì)其測(cè)量首先應(yīng)采用非接觸式測(cè)量；其次，網(wǎng)狀面板不適用于直接采用任何反射型光學(xué)測(cè)量方法；另外，網(wǎng)狀反射面板本身的工作要求決定了測(cè)量精度要求并不高，一般約Imm RMS，因此，不必采用高精度的昂貴的復(fù)雜的測(cè)量?jī)x器和手段。目前對(duì)網(wǎng)狀面板的檢測(cè)一般采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和經(jīng)緯儀。采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x時(shí)， 一般在測(cè)頭上安裝適當(dāng)大小的過渡片，以避免測(cè)頭穿過網(wǎng)面的網(wǎng)孔，并設(shè)置很小的接觸力， 以避免測(cè)頭工作時(shí)對(duì)網(wǎng)面產(chǎn)生過多的接觸位移。這種方法，因采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，首先很昂貴；其次環(huán)境要求很高，而效率很低；再者，屬于接觸式測(cè)量，測(cè)頭的接觸不可避免地造成網(wǎng)面變形和測(cè)量誤差。采用經(jīng)緯儀測(cè)量時(shí)，必須在網(wǎng)面上貼適當(dāng)數(shù)量的特制標(biāo)志靶，事后還須去除，然后逐點(diǎn)瞄準(zhǔn)測(cè)量。這種方法本質(zhì)上屬于反射型光學(xué)測(cè)量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)量成本較高，而效率很低。隨著攝像測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)光學(xué)測(cè)量法，因其非接觸性、高效率等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在大尺寸面形的測(cè)量上得到廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)一般由照相機(jī)、投影機(jī)和計(jì)算機(jī)組成。由于網(wǎng)狀面板的鋼絲相對(duì)于面板尺寸過于細(xì)窄，照相機(jī)無法得到具有投影特征的圖像，因此結(jié)構(gòu)光學(xué)測(cè)量法在網(wǎng)面檢測(cè)中不可行。在眾多測(cè)量手段中，綜合考慮測(cè)量效率、測(cè)量精度及測(cè)量可行性，基于立體視覺照相測(cè)量法最為適用于對(duì)網(wǎng)面的測(cè)量。但是傳統(tǒng)的雙目立體視覺照相測(cè)量法需要兩臺(tái)相機(jī)， 并且需要設(shè)計(jì)制作安裝和調(diào)節(jié)相機(jī)姿態(tài)的支架，這樣，不同大小的網(wǎng)面檢測(cè)對(duì)支架可調(diào)節(jié)的姿態(tài)范圍的需求也不盡相同?？紤]到兩臺(tái)相機(jī)的標(biāo)定、相機(jī)間的姿態(tài)變化和調(diào)整、測(cè)量過程中的換算，以及測(cè)量系統(tǒng)本身的成本，雙目立體視覺照相測(cè)量法在網(wǎng)面的測(cè)量中仍然不具有突出的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形的照相測(cè)量方法，該方法是為了實(shí)現(xiàn)上述射電望遠(yuǎn)鏡或雷達(dá)天線的網(wǎng)狀面板檢測(cè)，并為了通過簡(jiǎn)單易行的工藝設(shè)計(jì)， 成本較低地實(shí)現(xiàn)批量網(wǎng)狀面板的檢測(cè)。完成上述發(fā)明任務(wù)所采用的技術(shù)方案是一種基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形的照相測(cè)量方法，其特征在于，步驟如下，(1).用一臺(tái)相機(jī)對(duì)預(yù)先印制的黑白柵格模板在網(wǎng)狀面板面形檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)以不同位姿，進(jìn)行拍攝；(2).利用步驟(1)拍得的照片對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算出相機(jī)的內(nèi)參數(shù)和不同姿態(tài)下的外參數(shù)；(3).用步驟(1)的同一臺(tái)相機(jī)，在至少兩個(gè)不同的位置上將網(wǎng)狀面板和柵格模板作為整體進(jìn)行拍攝；(4).從步驟C3)拍得的照片中讀取模板柵格從而計(jì)算出相機(jī)在進(jìn)行照相測(cè)量時(shí)的位姿，并讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)；(5).結(jié)合步驟( 得到的相機(jī)參數(shù)和算得的位姿來重建網(wǎng)面的面形；(6).根據(jù)網(wǎng)面的理論面形方程進(jìn)行曲面擬合，統(tǒng)計(jì)面形誤差。以上所述的“不同位姿”是指采用六個(gè)自由度的不同姿態(tài)。換言之，本發(fā)明的方案如

圖1所示首先，用一臺(tái)商業(yè)級(jí)相機(jī)對(duì)預(yù)先印制的黑白柵格模板在網(wǎng)狀面板面形檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)以不同位姿，即六個(gè)自由度姿態(tài)，進(jìn)行拍攝，利用拍得的照片對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算出相機(jī)的內(nèi)參數(shù)和不同姿態(tài)下的外參數(shù)；然后，在至少兩個(gè)不同的位置上將網(wǎng)狀面板和柵格模板作為整體進(jìn)行拍攝(參見圖2中所示的樣圖)，從拍得的照片中讀取模板柵格從而計(jì)算出相機(jī)在進(jìn)行照相測(cè)量時(shí)的位姿，并讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)，這樣，結(jié)合之前相機(jī)標(biāo)定的參數(shù)和算得的位姿來重建網(wǎng)面的面形；最后，根據(jù)網(wǎng)面的理論面形方程進(jìn)行曲面擬合，統(tǒng)計(jì)面形誤差。本發(fā)明的工作原理是設(shè)網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)在照片中的坐標(biāo)為(ua，va)，因相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)并非理想系統(tǒng)，必存在畸變，所以設(shè)其畸變補(bǔ)償量為(Aua，Δ Va)，這樣，其理想成像的坐標(biāo)
(Ui, Vi)為
權(quán)利要求
1.一種基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形的照相測(cè)量方法，其特征在于，步驟如下，(1).用一臺(tái)相機(jī)對(duì)預(yù)先印制的黑白柵格模板在網(wǎng)狀面板面形檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)以不同位姿，進(jìn)行拍攝；⑵.利用步驟⑴拍得的照片對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算出相機(jī)的內(nèi)參數(shù)和不同姿態(tài)下的外參數(shù)；⑶.用步驟⑴的同一臺(tái)相機(jī)，在至少兩個(gè)不同的位置上將網(wǎng)狀面板和柵格模板作為整體進(jìn)行拍攝；⑷.從步驟⑶拍得的照片中讀取模板柵格從而計(jì)算出相機(jī)在進(jìn)行照相測(cè)量時(shí)的位姿， 并讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)；(5).結(jié)合步驟⑵得到的相機(jī)參數(shù)和算得的位姿來重建網(wǎng)面的面形；(6).根據(jù)網(wǎng)面的理論面形方程進(jìn)行曲面擬合，統(tǒng)計(jì)面形誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形的照相測(cè)量方法，其特征在于， 步驟⑴所述的“不同位姿”是指采用六個(gè)自由度的不同姿態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形的照相測(cè)量方法，其特征在于， 步驟⑷所述的“讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)”的具體方法是，采用抽樣采集的方式來快速提取網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)先指定三個(gè)初始點(diǎn)來預(yù)先設(shè)定需采樣節(jié)點(diǎn)的二維方向，然后根據(jù)與周圍采樣節(jié)點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)來預(yù)測(cè)當(dāng)前采樣節(jié)點(diǎn)所在像素位置的初值，最后計(jì)算當(dāng)前采樣節(jié)點(diǎn)的像素坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形的照相測(cè)量方法，其特征在于， 所述的步驟⑶中，網(wǎng)狀面板背面是采用漫反射式顏色均勻一致的背景，并在背景與面板間形成反差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形的照相測(cè)量方法，其特征在于，所述的步驟⑶中，在面板周圍設(shè)置有標(biāo)記，以幫助識(shí)別不同圖像中的相同節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
基于單相機(jī)的柔性網(wǎng)狀面形的照相測(cè)量方法⑴用一臺(tái)相機(jī)對(duì)預(yù)先印制的黑白柵格模板以不同位姿進(jìn)行拍攝；⑵利用拍得的照片對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算出相機(jī)的內(nèi)參數(shù)和不同姿態(tài)的外參數(shù)；⑶在至少兩個(gè)不同的位置上將網(wǎng)狀面板和柵格模板作為整體進(jìn)行拍攝；⑷從拍得的照片中讀取模板柵格從而計(jì)算出相機(jī)在進(jìn)行照相測(cè)量時(shí)的位姿，并讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)；⑸結(jié)合步驟⑵得到的相機(jī)參數(shù)和算得的位姿來重建網(wǎng)面的面形；⑹根據(jù)網(wǎng)面的理論面形方程進(jìn)行曲面擬合，統(tǒng)計(jì)面形誤差。本發(fā)明屬于非接觸式高效率測(cè)量，過程簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，成本低，并且可推廣應(yīng)用于其它相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01C11/08GK102155937SQ20111007016
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者李國(guó)平, 李徽, 楊德華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所