專利名稱：柔性網(wǎng)狀面形照相測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于單相機的柔性網(wǎng)狀面形照相測量方法，尤其適用于射電望遠鏡或雷達天線網(wǎng)狀面板的面形的檢測。
背景技術(shù)：
射電望遠鏡或雷達天線常用的無孔實體面板的檢測和調(diào)整已經(jīng)有眾多的理論和方法，測量手段也各不相同且各具優(yōu)勢，如光學(xué)方法、射電全息法、激光測量方法等，但是對網(wǎng)狀面板的面形測量卻一直沒有很好的簡單快捷的檢測方法。網(wǎng)狀面板曲面一般是拋物面，常用尺寸大小一般達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，因此對其測量首先應(yīng)采用非接觸式測量；其次，網(wǎng)狀面板不適用于直接采用任何反射型光學(xué)測量方法；另外，網(wǎng)狀反射面板本身的工作要求決定了測量精度要求并不高，一般約Imm RMS，因此，不必采用高精度的昂貴的復(fù)雜的測量儀器和手段。目前對網(wǎng)狀面板的檢測一般采用三坐標測量儀和經(jīng)緯儀。采用三坐標測量儀時， 一般在測頭上安裝適當大小的過渡片，以避免測頭穿過網(wǎng)面的網(wǎng)孔，并設(shè)置很小的接觸力， 以避免測頭工作時對網(wǎng)面產(chǎn)生過多的接觸位移。這種方法，因采用三坐標測量儀，首先很昂貴；其次環(huán)境要求很高，而效率很低；再者，屬于接觸式測量，測頭的接觸不可避免地造成網(wǎng)面變形和測量誤差。采用經(jīng)緯儀測量時，必須在網(wǎng)面上貼適當數(shù)量的特制標志靶，事后還須去除，然后逐點瞄準測量。這種方法本質(zhì)上屬于反射型光學(xué)測量，費時費力，測量成本較高，而效率很低。隨著攝像測量技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)光學(xué)測量法，因其非接觸性、高效率等優(yōu)點，逐漸在大尺寸面形的測量上得到廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)光學(xué)測量系統(tǒng)一般由照相機、投影機和計算機組成。由于網(wǎng)狀面板的鋼絲相對于面板尺寸過于細窄，照相機無法得到具有投影特征的圖像，因此結(jié)構(gòu)光學(xué)測量法在網(wǎng)面檢測中不可行。在眾多測量手段中，綜合考慮測量效率、測量精度及測量可行性，基于立體視覺照相測量法最為適用于對網(wǎng)面的測量。但是傳統(tǒng)的雙目立體視覺照相測量法需要兩臺相機， 并且需要設(shè)計制作安裝和調(diào)節(jié)相機姿態(tài)的支架，這樣，不同大小的網(wǎng)面檢測對支架可調(diào)節(jié)的姿態(tài)范圍的需求也不盡相同?？紤]到兩臺相機的標定、相機間的姿態(tài)變化和調(diào)整、測量過程中的換算，以及測量系統(tǒng)本身的成本，雙目立體視覺照相測量法在網(wǎng)面的測量中仍然不具有突出的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于單相機的柔性網(wǎng)狀面形的照相測量方法，該方法是為了實現(xiàn)上述射電望遠鏡或雷達天線的網(wǎng)狀面板檢測，并為了通過簡單易行的工藝設(shè)計， 成本較低地實現(xiàn)批量網(wǎng)狀面板的檢測。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的柔性網(wǎng)狀面形的照相測量方法，其特征在于，步驟如下，(1).用一臺相機對預(yù)先印制的黑白柵格模板在網(wǎng)狀面板面形檢測現(xiàn)場以不同位姿，進行拍攝；(2).利用步驟(1)拍得的照片對相機進行標定，計算出相機的內(nèi)參數(shù)和不同姿態(tài)下的外參數(shù)；(3).用步驟(1)的同一臺相機，在至少兩個不同的位置上將網(wǎng)狀面板和柵格模板作為整體進行拍攝；(4).從步驟C3)拍得的照片中讀取模板柵格從而計算出相機在進行照相測量時的位姿，并讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點；(5).結(jié)合步驟( 得到的相機參數(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行曲面擬合，統(tǒng)計面形誤差。以上所述的“不同位姿”是指采用六個自由度的不同姿態(tài)。換言之，本發(fā)明的方案如

圖1所示首先，用一臺商業(yè)級相機對預(yù)先印制的黑白柵格模板在網(wǎng)狀面板面形檢測現(xiàn)場以不同位姿，即六個自由度姿態(tài)，進行拍攝，利用拍得的照片對相機進行標定，計算出相機的內(nèi)參數(shù)和不同姿態(tài)下的外參數(shù)；然后，在至少兩個不同的位置上將網(wǎng)狀面板和柵格模板作為整體進行拍攝(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算出相機在進行照相測量時的位姿，并讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點，這樣，結(jié)合之前相機標定的參數(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行曲面擬合，統(tǒng)計面形誤差。本發(fā)明的工作原理是設(shè)網(wǎng)面節(jié)點在照片中的坐標為(ua，va)，因相機光學(xué)系統(tǒng)并非理想系統(tǒng)，必存在畸變，所以設(shè)其畸變補償量為(Aua，Δ Va)，這樣，其理想成像的坐標
(Ui, Vi)為
權(quán)利要求
1.一種基于單相機的柔性網(wǎng)狀面形的照相測量方法，其特征在于，步驟如下，(1).用一臺相機對預(yù)先印制的黑白柵格模板在網(wǎng)狀面板面形檢測現(xiàn)場以不同位姿，進行拍攝；⑵.利用步驟⑴拍得的照片對相機進行標定，計算出相機的內(nèi)參數(shù)和不同姿態(tài)下的外參數(shù)；⑶.用步驟⑴的同一臺相機，在至少兩個不同的位置上將網(wǎng)狀面板和柵格模板作為整體進行拍攝；⑷.從步驟⑶拍得的照片中讀取模板柵格從而計算出相機在進行照相測量時的位姿， 并讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點；(5).結(jié)合步驟⑵得到的相機參數(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行曲面擬合，統(tǒng)計面形誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相機的柔性網(wǎng)狀面形的照相測量方法，其特征在于， 步驟⑴所述的“不同位姿”是指采用六個自由度的不同姿態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相機的柔性網(wǎng)狀面形的照相測量方法，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”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)點先指定三個初始點來預(yù)先設(shè)定需采樣節(jié)點的二維方向，然后根據(jù)與周圍采樣節(jié)點之間的像素數(shù)來預(yù)測當前采樣節(jié)點所在像素位置的初值，最后計算當前采樣節(jié)點的像素坐標。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相機的柔性網(wǎng)狀面形的照相測量方法，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的柔性網(wǎng)狀面形的照相測量方法，其特征在于，所述的步驟⑶中，在面板周圍設(shè)置有標記，以幫助識別不同圖像中的相同節(jié)點。
全文摘要
基于單相機的柔性網(wǎng)狀面形的照相測量方法⑴用一臺相機對預(yù)先印制的黑白柵格模板以不同位姿進行拍攝；⑵利用拍得的照片對相機進行標定，計算出相機的內(nèi)參數(shù)和不同姿態(tài)的外參數(shù)；⑶在至少兩個不同的位置上將網(wǎng)狀面板和柵格模板作為整體進行拍攝；⑷從拍得的照片中讀取模板柵格從而計算出相機在進行照相測量時的位姿，并讀取和分析照片中網(wǎng)面節(jié)點；⑸結(jié)合步驟⑵得到的相機參數(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行曲面擬合，統(tǒng)計面形誤差。本發(fā)明屬于非接觸式高效率測量，過程簡便，自動化程度高，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G01C11/08GK102155937SQ20111007016
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者李國平, 李徽, 楊德華 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所