为了提高条纹投影三维(3D)测量系统的测量速度和准确度,提出了一种改进的相位高度转换映射模型。通过建立虚拟相机坐标系以及分析条纹信息在投射器坐标系与相机坐标系之间的转换关系,在相机坐标系中建立了从相位到高度的一一映射模型,并在映射模型中校正了相机镜头的畸变。该模型结构简单,便于结合查表(LUT)法使用。应用查表法后,模型算法复杂度极低,可以应用在高速测量中。同时,提出了一种针对映射模型的标定方法,并在相机标定过程中利用逆向投影优化过程对相机的参数进行迭代优化。标定方法简单高效,不需要参考平面,且对系统中的相机和投射器的相对位姿没有严格的要求。实验结果表明所提映射模型及标定方法可以实现快速准确的三维测量。

在相位测量轮廓术中,传统的相位-高度映射通过对若干已知高度平面的单次数据采集来完成标定。在标定过程中,不同时刻所采集的数据肯定有所不同,从而在标定时计算出的待标定系数也有所不同,这就影响了相位-高度映射精度。为了提高相位-高度映射精度,提出了对参与标定的平面进行多次测量,从而能得到多组标定系数,采用平均标定系数来代替单次标定系数的标定方法,使标定系数更加真实稳定,受时间的影响减小。通过测量若干给定高度平面验证了该方法的有效性,通过测量“心”形物体的三维面形验证了该方法的实用性,表明该方法能有效提高相位测量轮廓术测量精度。

提出一种新的更具普适性的相位高度映射关系，测量中无需考虑系统双瞳连线是否与参考面平行以及成像系统光轴是否与参考面垂直。该映射关系有效地将待标定系数与标定采样点的像素坐标分离开来，系统校准时只需标定与采样点坐标位置无关的常系数，大大减少标定采样点数目，且在校准过程中只需2个标定平面。实验证实了该方法的有效性和正确性。