CN108195314B - 基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法。该方法提出同时使用多个相机对被测件的不同部位进行三维面形测量，解决了弯曲表面自身遮挡导致单相机测量数据不完整的问题。为保证多个相机测量数据的坐标系一致，本发明对多个相机和条纹显示屏进行了统一的标定，建立起了统一的空间坐标系。此外，本发明利用细光束标记等方法来矫正各相机测量数据之间细微的倾斜和平移误差，进一步提高了测量精度。本发明首次将多相机多视场同步测量思想融入到高反射表面反射式条纹三维面形测量技术中，具有测量精度高、测量速度快、抗环境干扰能力强等优点，可用于对弯曲度大的高反射曲面进行快速三维面形测量。

Description

基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，可用于高反射表面三维形貌的高精度测量。

背景技术

高精度三维面形测量技术在精密仪器制造、精密光学加工和产品检测等领域具有重要作用。测量和评价精密加工器件的表面形貌，对于研究精密器件的表面几何特性与使用性能的关系，提高加工质量和产品性能都具有重要意义。随着应用需求的不断增加和深入，镜面和类镜面等高反射曲面器件作为系统关键部件在航空航天、汽车工业、通讯和微电子等领域的应用中受到了越来越密切的关注，其加工精度的高低直接决定了系统性能的好差。因此，迫切需要测量精度更高、测量速度更快、测量灵活性更大的三维形貌测量仪器来检验并进一步提高这些器件的加工精度。高精度三维面形测量技术在精密仪器制造、精密光学加工和产品检测等领域具有重要作用。测量和评价精密加工器件的表面形貌，对于研究精密器件的表面几何特性与使用性能的关系，提高加工质量和产品性能都具有重要意义。随着应用需求的不断增加和深入，镜面和类镜面等高反射曲面器件作为系统关键部件在航空航天、汽车工业、通讯和微电子等领域的应用中受到了越来越密切的关注，其加工精度的高低直接决定了系统性能的好差。因此，迫切需要测量精度更高、测量速度更快、测量灵活性更大的三维形貌测量仪器来检验并进一步提高这些器件的加工精度。

目前，接触式三坐标仪作为三维面形精密测量领域最常用的工具，测量精度很高。但三坐标仪在使用过程中测量速度慢，而且接触式测量方法容易损伤被测物体表面，尤其是对具有高光洁度要求的光学表面。现有的一种激光干涉面形测量方法，具有测量速度快、测量精度高和非接触测量等优点，被广泛应用在光学表面的三维形貌测量中。但是激光干涉测量法通常只能测量平面或球面等规则面形，并且测量结果为相对于标准面的相对面形值，并非绝对三维面形测量结果，此外其对测量环境的要求极其严格，因此，激光干涉测量法的应用领域受到了极大地限制。尤其针对具有大弯曲度的自由曲面的三维形貌测量，激光干涉测量法并不能给出很好的解决方案。投影条纹法能够用于复杂物体面形测量，它是通过相机拍摄在散射物体表面投影条纹的图片进行相位解析获得物体形貌信息，但这种方法不适用于高反射表面检测。为了解决高反射曲面的三维面形测量难题，国内外的专家也一直有各种研究发现。

然而，在实际光学加工和精密检测中，当被测器件面形较为复杂或者工件表面弯曲度变化较大时，之前的条纹反射测量法无法测全和测准反射工件的表面三维形貌。尤其是对于表面曲率变化较快的部位，测量数据或缺失，或精度很低。这主要是由于单个相机的视场有限，条纹经曲率变化较大镜面区域反射后无法进入相机有效采集区域，或者即使能够被相机采集但图像变形剧烈导致相位测量不准确。然而，这种曲面工件上弯曲度较大的部位通常都是其非常关键的部位，这些部位的加工精度决定了它们的加工质量和产品性能。例如，目前手机行业非常流行的曲面屏幕，屏幕弧形边界的加工精度直接决定了该产品是否能够进行合格组装，因此对该部位的精确检测至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，提出同时使用多个相机对被测件的不同部位进行三维面形测量，避免弯曲表面自身遮挡导致单相机测量数据不完整；同时对多个相机和条纹显示屏进行统一标定后，在整个测量过程中建立起了统一的空间坐标系，保证多个相机测量数据的坐标系一致；利用细光束标记等方法来进一步提高多相机测得三维面形之间的匹配精度，有效解决传统匹配过程中特征信息不明显造成的匹配误差，最终获得大曲率自由弯曲工件表面的高精度三维面形测量结果。

一方面，本发明提供一种基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其中：

(a)将M个相机和条纹显示屏分别固定在被测工件的同一侧，M个相机分别装有各自的镜头，通过被测工件表面的反射，M个相机可分别从被测工件表面的不同部位采集到由其反射的条纹显示屏幕图像，将其对应的部位分别定义为部位一、部位二…部位M，并且这M个部位中的每一个都分别与其他一个或多个有重叠区域；

(b)在条纹显示屏上先后显示两组不同方向的余弦条纹图，每组余弦条纹图均由不同初始相位的条纹图构成，这些条纹图由被测工件表面反射后被M个相机同时拍摄，通过移相相位解算算法和相位解包裹算法，结合条纹显示屏上的条纹周期得到相机上的像素点（^c px _m , ^c py _m ）和条纹显示屏上像素点（^d px, ^d py）的对应关系，其中m=1, 2, …, M；

(c)通过m号相机与条纹显示屏的像素对应关系，结合条纹显示屏的中心坐标（^d x,^d y, ^d z），法线方向（^d nx, ^d ny, ^d nz），m号相机镜头的主点坐标（^c x _m , ^c y _m , ^c z _m ），光轴方向（^c nx _m , ^c ny _m , ^c nz _m ），m号相机镜头的焦距值和畸变量，以及条纹显示屏的像素大小和相机的像素大小，计算得到被测工件部位m上各点的法向量矩阵（Mx _m , My _m ），其中m=1, 2, …, M；

(d)对法向量矩阵（Mx _m , My _m ）进行梯度积分运算，得到被测工件部位m的三维形貌数据S _m ，其中m=1, 2, …, M；

(e)将测得的被测工件所有部位的三维形貌S _m 进行合成，得到被测工件表面整体的三维形貌S。

另一方面，本发明还提供一种基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其中：

(a)将M个相机和条纹显示屏分别固定在被测工件的同一侧，M个相机分别装有各自的镜头，通过被测工件表面的反射，M个相机可分别从被测工件表面的不同部位采集到由其反射的条纹显示屏幕图像，将其对应的部位分别定义为部位一、部位二…部位M，并且所述M个部位中的每一个都分别与其他一个或多个有重叠区域；

(b)在条纹显示屏上先后显示两组不同方向的余弦条纹图，每组余弦条纹图均由不同初始相位的条纹图构成，所述条纹图由被测工件表面反射后被M个相机同时拍摄，通过移相相位解算算法和相位解包裹算法，结合条纹显示屏上的条纹周期得到相机上的像素点（^c px _m , ^c py _m ）和条纹显示屏上像素点（^d px, ^d py）的对应关系，其中m=1, 2, …, M；

(c)通过m号相机与条纹显示屏的像素对应关系，结合条纹显示屏的中心坐标（^d x,^d y, ^d z），法线方向（^d nx, ^d ny, ^d nz），m号相机镜头的主点坐标（^c x _m , ^c y _m , ^c z _m ），光轴方向（^c nx _m , ^c ny _m , ^c nz _m ），m号相机镜头的焦距值和畸变量，以及条纹显示屏的像素大小和相机的像素大小，计算得到被测工件部位m上各点的法向量矩阵（Mx _m , My _m ），其中m=1, 2, …, M；

(d)将被测工件不同部位的法向量矩阵（Mx _m , My _m ）进行合成，得到整个被测工件表面上各点法向量矩阵（Mx, My）；

(e)对法向量矩阵（Mx, My）的进行梯度积分运算，得到被测工件表面整体的三维形貌S。

本发明对比已有技术具有以下创新点：

1.使用多个相机同时对被测件的不同部位进行三维面形测量，避免弯曲表面曲率过大导致单相机测量数据不完整，可实现对弯曲度大的曲面进行快速三维面形测量；

2.利用多个相机同时测量可以遏制单个相机测量过程中由于焦距、像差和相机位置等参数的标定误差导致的被测工件表面三维面形测量误差；

3.利用标定板同时对多个相机和条纹显示屏进行统一标定后，在整个测量过程中建立起统一的坐标系，保证了所有相机的三维测量结果在坐标系上保持一致，避免了由于坐标不一致造成的多组数据融合困难的问题；

4.本发明提出利用细光束标记来提高多相机测得三维面形数据之间的匹配精度，可有效解决传统匹配过程中由于特征信息不明显造成的匹配误差难以有效遏制问题，可进一步提高被测工件最终的三维面形测量的精度。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1.对弯曲度大的被测表面进行多视场并行检测，测量速度显著提高，同时可避免多次测量过程中工件或探测器移动导致的测量精度不高问题；

2.本发明为非接触式测量，无需对表面进行任何处理，可直接对高反射表面进行三维面形精确测量，不会对被测表面造成损伤；

3.在测量过程中不需任何其他辅助设备，结构简单，操作方便，并且测量速度快，适合用于被测工件表面的在线快速检测，排除工件加工次品对生产效率和成品率的影响。

附图说明

图1为本发明基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法的示意图；

图2为本发明条纹显示屏中心坐标、法线方向，以及相机镜头主点坐标、光轴方向标定的示意图；

图3为本发明相机镜头的焦距值和畸变量标定的示意图；

图4为本发明通过标记点矫正各相机测得的三维形貌的示意图；

图5为本发明利用细光束在被测工件表面打出标记点的示意图；

图6为本发明多视场拼接反射式条纹三维面形测量实施例的示意图；

图7为本发明三维面形测量结果的示意图；

其中：1-条纹显示屏、2-一号相机、3-一号相机镜头、4-二号相机、5-二号相机镜头、6-三号相机、7-三号相机镜头、8-m号相机、9-m号相机镜头、10-余弦条纹a、11-余弦条纹b、12-被测工件、13-部位一、14-部位二、15-部位三、16-部位m、17-平面标定板、18-条纹显示屏上像素位置已知的系列亮点图、19-相机镜头的像平面、20-棋盘格标定板、21-标记点1、22-标记点2、23-标记点3、24-标记点p、25-细光束产生装置1、26-细光束1、27-细光束产生装置2、28-细光束2、29-细光束产生装置3、30-细光束3、31-细光束产生装置p、32-细光束p、33-计算机、34-图像采集卡、35-显卡、36-四号相机、37-四号相机镜头、38-部位四、39-水平余弦条纹、40-竖直余弦条纹。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明将多相机多视场同步测量思想融入到高反射表面反射式条纹三维面形测量技术中，其基本思想是使用多个相机同时对被测表面不同部位的三维面形进行测量，然后将所测的三维面形进行高精度匹配融合，进而实现对弯曲度大的曲面一次性快速测量得到整个三维面形结果。

实施例1

本实施例使用四个相机对被测工件的三维表面形貌进行拼接测量，被测工件为四边下弯的手机上盖玻璃，如附图6所示，基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其测量步骤是：

(a) 将每个相机（包括一号相机2、二号相机4、三号相机6和四号相机36）都装上相机镜头（包括一号相机镜头3、二号相机镜头5、三号相机镜头7和四号相机镜头37）。已知所有相机的像素大小均为4.8 µm。如果所装相机镜头的焦距值和畸变量未知，则首先对这四个相机镜头的焦距值和畸变量进行标定；如已知，则可以使用预先标定好的焦距值和畸变量。在本实施例中，我们先对这四个相机镜头的焦距值和畸变量分别用棋盘格标定板进行了标定。如附图3所示，在标定过程中，在像平面位置19放置棋盘格标定板20，并在该位置附近随机调整棋盘格标定板20的位置和角度。在棋盘格标定板20随机调整的过程中，依次用相机拍摄对应位置处的棋盘格标定板20，每个相机共拍得10张棋盘格标定板图片，并将这10张棋盘格标定板图片通过图像采集卡34传至计算机33。计算机33识别各棋盘格标定板图片中各方格交点的像素坐标。已知棋盘格标定板20上各方格的边长为10 mm，结合相机的像素大小，通过几何光学光线追迹方法分析得到一号相机镜头3的焦距f ₁´ = 12.1032 mm，畸变系数为kc ₁ = [-0.2351，0.1123，-0.0003，0.0001，0.0000]，二号相机镜头5的焦距f ₂´ =11.9532 mm，畸变系数为kc ₂ = [0.1372，-0.2121，-0.0005，-0.0003，0.0001]，三号相机镜头7的焦距f ₃´ = 11.9189 mm，畸变系数为kc ₃ = [0.2101，0.1829，0.0011，0.0002，0.0000]，四号相机镜头37的焦距f ₄´ = 12.0921 mm，畸变系数为kc ₄ = [0.1092，-0.1213，0.0015，-0.0002，-0.0001]。

(b) 在被测工件放置位置的同一侧分别固定条纹显示屏1和四个相机，然后对条纹显示屏1的中心坐标和法线方向，以及四个相机镜头的主点坐标和光轴方向进行标定。已知条纹显示屏的像素大小为0.273 mm。如附图2所示，在标定过程中，在被测工件位置附近放置表面光滑并带有标记点的平面标定板17，并根据平面标定板17位置建立空间坐标系，将坐标系原点设置在平面标定板17的中心，坐标系z轴设置为平面标定板17的表面法线方向，坐标系的x轴和y轴分别和平面标定板17的两边平行。计算机33通过图像采集卡34分别采集得到四个相机通过各自相机镜头拍摄得到的平面标定板17的图片，并对其处理得到平面标定板17上各标记点对应的相机像素坐标，结合相机像素大小以及步骤(a)测得的相机镜头的焦距值和畸变量，通过几何光学光线追迹方法解算得到：一号相机镜头3的主点坐标为（^c x ₁, ^c y ₁, ^c z ₁）=（170.63，-225.25，485.38），光轴方向为（^c nx ₁, ^c ny ₁, ^c nz ₁）=（-0.3034，0.4184，-0.8561）；二号相机镜头5的主点坐标为（^c x ₂, ^c y ₂, ^c z ₂）=（148.74，265.97，470.87），光轴方向为（^c nx ₂, ^c ny ₂, ^c nz ₂）=（-0.2642，-0.4547，-0.8506）；三号相机镜头7的主点坐标为（^c x ₃, ^c y ₃, ^c z ₃）=（-157.12，-235.54，475.87），光轴方向为（^c nx ₃, ^c ny ₃, ^c nz ₃）=（0.2644，0.4416，-0.8574）；四号相机镜头37的主点坐标为（^c x ₃, ^c y ₃, ^c z ₃）=（-160.32，237.23，473.32），光轴方向为（^c nx ₃, ^c ny ₃, ^c nz ₃）=（0.2942，-0.4210，-0.8580）。为标定条纹显示屏1的中心坐标和法线方向，计算机33通过显卡35在条纹显示屏上显示5行8列间隔为100个像素的亮点图18，这些亮点由平面标定板17反射后通过一号相机镜头3成像在一号相机2靶面上，计算机33通过图像采集卡34得到由一号相机2拍摄得到的亮点图片，并处理得到这些亮点成像在一号相机2中对应的像素坐标，然后结合相机像素大小、条纹显示屏的像素大小、以及一号相机镜头3的焦距值和畸变量解算得到条纹显示屏的中心坐标为（^d x, ^d y,^d z）=（3.2323，-1.0943，490.2），法线方向为（^d nx, ^d ny, ^d nz）=（-0.0066，0.0026，-1.0000）。在测量不同的被测工件时，对条纹显示屏1的中心坐标、法线方向，以及四个相机镜头的主点坐标和光轴方向的标定只需进行一次，不需要重复标定。

(c) 放入被测工件12，四个相机可分别从被测工件12的不同部位采集到由其表面反射的条纹显示屏幕1的图像。如附图6所示，每个相机对应的被测工件12的部位分别定义为部位一13、部位二14、部位三15和部位四38。

(d) 计算机33通过显卡35在条纹显示屏1上先后显示一组水平余弦条纹39和一组竖直余弦条纹40，每组余弦条纹均由三幅初始相位分别为0、π/3和2π/3的余弦条纹图构成，条纹周期均为50个像素。这些条纹由被测工件12表面反射后被四个相机同时拍摄，并通过图像采集卡34传至计算机33。计算机33通过移相相位解算算法和相位解包裹算法，结合条纹显示屏上的条纹周期得到四个相机上的像素点（^c px _m , ^c py _m ）和条纹显示屏1上像素点（^d px, ^d py）分别的对应关系，其中m=1, 2, 3, 4。

(e) 针对一号相机2，通过由第(d)步得到的其像素与条纹显示屏1上像素的对应关系，结合由第(b)步得到的条纹显示屏的中心坐标（^d x, ^d y, ^d z）=（3.2323，-1.0943，490.2），法线方向（^d nx, ^d ny, ^d nz）=（-0.0066，0.0026，-1.0000），一号相机镜头3的主点坐标（^c x ₁, ^c y ₁, ^c z ₁）=（170.63，-225.25，485.38），光轴方向（^c nx ₁, ^c ny ₁, ^c nz ₁）=（-0.3034，0.4184，-0.8561），由(a)步得到的一号相机镜头的焦距f ₁´ = 12.1032 mm，畸变系数kc ₁ =[-0.2351，0.1123，-0.0003，0.0001，0.0000]，以及条纹显示屏的像素大小0.273 mm和相机的像素大小4.8 µm，由几何光学光线追迹方法计算得到被测工件12的部位一13上各点的法向量矩阵（Mx ₁, My ₁）。

(f) 计算机33通过对法向量矩阵（Mx ₁, My ₁）进行梯度积分运算，得到部位一13的三维形貌S ₁。

(g) 同理可以测得部位二14上各点的法向量矩阵（Mx ₂, My ₂），部位三15上各点的法向量矩阵（Mx ₃, My ₃），和部位四38上各点的法向量矩阵（Mx ₄, My ₄），分别对这些法向量矩阵进行梯度积分运算后可以得到部位二14的三维形貌S ₂、部位三15的三维形貌S ₃和部位四38的三维形貌S ₄。

(h) 将所测到的三维形貌S ₁、S ₂、S ₃和S ₄进行合成。由于相机标定在同一坐标系下完成，所以测得三维形貌S ₁、S ₂、S ₃和S ₄的坐标系相同。在合成过程中，重叠部分合成时使用多个相机测得的三维形貌的平均值，不重叠的部分合成时使用单个相机测得的三维形貌数据。最终，该被测工件12测得的三维形貌结果如附图7所示。

实施例2

与实施例1不同的是，在得到各部位的法向量矩阵（Mx _m , My _m ）后直接将其合成，得到整个被测工件12的表面各点的法向量矩阵（Mx, My）。在合成过程中，重叠部分合成时使用多个相机测得的法向量的平均值，不重叠的部分合成时使用单个相机测得的法向量值。然后对法向量矩阵（Mx, My）的进行梯度积分运算，得到被测工件12整体的表面三维形貌。其中，m=1,2,3,4。

实施例3

与实施例1不同的是，为提高其步骤(h)中三维形貌S ₁、S ₂、S ₃和S ₄的合成精度，在三维形貌的合成之前，通过特征匹配算法矫正S ₁、S ₂、S ₃和S ₄之间的微小位移和角度差异，遏制由相机镜头主点坐标和光轴方向标定误差引入的各部分三维面形测量结果中的微小位移和角度差异。

实施例4

与实施例1不同的是，为提高其步骤(h)中三维形貌S ₁、S ₂、S ₃和S ₄的合成精度，在被测工件12表面上放上四个标记点，如附图4所示。通过相机拍摄这四个标记点。结合测得的三维面形S ₁、S ₂、S ₃和S ₄，得到由各相机拍得的这四个标记点对应的三维空间坐标。通过对不同相机测得的这四个标记点的三维空间坐标进行匹配，得到三维面形S _m 的刚性变换矩阵R _m 和T _m 。将刚性变换矩阵R _m 和T _m 作用于S _m ，得到矫正后的三维面形S´ _m 。将三维面形S´ _m 合成后得到被测工件12整体的形貌S。其中，m=1, 2, 3, 4。

实施例5

与实施例4不同的是，本实施例利用细光束生成所需要的四个标记点。如附图5所示，用四个激光二极管产生四条细光束同时照射在被测工件12表面，这四条细光束被被测工件12表面散射后形成四个标记点被各个相机拍摄得到，用于矫正对应相机测得的三维面形S _m 。其中，m=1,2,3,4。

实施例6

与实施例1不同的是，为减小其步骤(d)中显示余弦条纹图的数量，提高测量速度，将需要显示的共六幅余弦条纹图每三幅组成一组，共两组。将每组的三幅条纹图分别加载在彩色图的红、绿、蓝三个通道上合成一幅彩色图片。相机通过相机镜头拍摄得到由被测工件12表面反射后的条纹显示器1上的彩色图片，再将拍摄的彩色图片通过红、绿、蓝三个通道进行分解，得到对应各余弦条纹图反射后对应的图片。在整个过程中，条纹显示器1由原来需要显示六幅灰度图片减少为显示两幅彩色图片，测量速度显著提高。

所述实施例通过一系列的措施实现了对高反射表面三维形貌的高精度测量，在测量过程中多个相机同时对被测工件表面不同部位的三维面形进行解算，同时提高了系统的测量范围和精度。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的适用范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其特征在于：

(a)将M个相机和条纹显示屏分别固定在被测工件的同一侧，M个相机分别装有各自的镜头，通过被测工件表面的反射，M个相机可分别从被测工件表面的不同部位采集到由其反射的条纹显示屏幕图像，将其对应的部位分别定义为部位一、部位二…部位M，并且所述M个部位中的每一个都分别与其他一个或多个有重叠区域；

(b)在条纹显示屏上先后显示两组不同方向的余弦条纹图，每组余弦条纹图均由不同初始相位的条纹图构成，所述条纹图由被测工件表面反射后被M个相机同时拍摄，通过移相相位解算算法和相位解包裹算法，结合条纹显示屏上的条纹周期得到相机上的像素点(^cpx_m,^cpy_m)和条纹显示屏上像素点(^dpx,^dpy)的对应关系，其中m＝1,2,…,M；

(c)通过m号相机与条纹显示屏的像素对应关系，结合条纹显示屏的中心坐标(^dx,^dy,^dz)，法线方向(^dnx,^dny,^dnz)，m号相机镜头的主点坐标(^cx_m,^cy_m,^cz_m)，光轴方向(^cnx_m,^cny_m,^cnz_m)，m号相机镜头的焦距值和畸变量，以及条纹显示屏的像素大小和相机的像素大小，计算得到被测工件部位m上各点的法向量矩阵(Mx_m,My_m)，其中m＝1,2,…,M；

(d)对法向量矩阵(Mx_m,My_m)进行梯度积分运算，得到被测工件部位m的三维形貌数据S_m，其中m＝1,2,…,M；

(e)将测得的被测工件所有部位的三维形貌数据S_m进行合成，得到被测工件表面整体的三维形貌S。

2.根据权利要求1所述的基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其特征在于：所述条纹显示屏的中心坐标(^dx,^dy,^dz)，法线方向(^dnx,^dny,^dnz)，所有相机镜头的主点坐标(^cx_m,^cy_m,^cz_m)和光轴方向(^cnx,^cny,^cnz)的标定：在被测工件位置附近放置表面光滑并带有标记点的平面标定板，根据平面标定板位置建立空间坐标系；通过相机拍摄得到标定板上标记点的位置信息，结合相机像素大小以及相机镜头的焦距值和畸变量，解算得到相机镜头m的主点坐标(^cx_m,^cy_m,^cz_m)和光轴方向(^cnx_m,^cny_m,^cnz_m)，其中m＝1,2,…,M；在条纹显示屏上显示像素位置已知的系列亮点图，所述亮点由标定板反射后通过相机镜头成像在相机靶面上，通过所述亮点在相机靶面中成像的像素位置信息结合相机的像素大小、条纹显示屏的像素大小、以及相机镜头的焦距值和畸变量解算得到条纹显示屏的中心坐标(^dx,^dy,^dz)和法线方向(^dnx,^dny,^dnz)。

3.根据权利要求1所述的基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其特征在于：所述相机镜头的焦距值和畸变量的标定：在像平面位置放置棋盘格标定板，并在该位置附近随机调整棋盘格标定板的位置和角度，在棋盘格标定板随机调整的过程中，依次用相机拍摄对应位置处的棋盘格标定板，通过对拍摄得到的这些棋盘格标定板图片进行处理，得到各方格交点的像素坐标，结合棋盘格标定板上各方格的大小和相机的像素大小，通过几何光学光线追迹方法计算得到该相机镜头的焦距值和畸变量。

4.根据权利要求1所述的基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其特征在于：所述步骤(e)中：在三维形貌的合成之前，通过特征匹配算法矫正不同三维形貌数据S_m之间的微小位移和角度差异，遏制由相机镜头主点坐标和光轴方向标定误差引入的三维形貌数据S_m测量结果中的微小位移和角度差异。

5.根据权利要求1所述的基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其特征在于：所述步骤(e)中：在被测工件表面上设置P个标记点，通过相机拍摄这P个标记点；结合测得的三维形貌数据S_m，得到由m号相机拍得的这P个标记点的三维空间坐标(^bx_{m_p},^by_{m_p},^bz_{m_p})；通过对不同相机测得的这P个标记点的三维空间坐标进行匹配，得到三维形貌数据S_m的刚性变换矩阵R_m和T_m；将刚性变换矩阵R_m和T_m作用于S_m，得到矫正后的三维面形S′_m；将所有三维面形S′_m合成后得到被测工件表面整体的三维形貌S，其中p＝1,2,…,P，P≥2，m＝1,2,…,M。

6.根据权利要求5所述的基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其特征在于：利用细光束生成所述P个标记点：用P条细光束同时照射在被测工件表面，细光束被被测工件表面散射后形成P个标记点被各相机拍摄得到，用于矫正对应相机测得的三维形貌数据S_m，其中m＝1,2,…,M。

7.根据权利要求1所述的基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其特征在于：在所述步骤(b)中：将需要显示的每三幅余弦条纹图组合成一组，再将该组的三幅条纹图分别加载在彩色图的红、绿、蓝三个通道上合成一幅彩色图片，图片组合后剩下的不足三幅的剩余通道不加载，相机通过相机镜头拍摄得到由被测工件表面反射后的条纹显示器上的彩色图片，再将拍摄的彩色图片通过红、绿、蓝三个通道进行分解，得到对应余弦条纹图反射后的图片。

8.基于多视场拼接的反射式条纹三维面形测量方法，其特征在于：

(a)将M个相机和条纹显示屏分别固定在被测工件的同一侧，M个相机分别装有各自的镜头，通过被测工件表面的反射，M个相机可分别从被测工件表面的不同部位采集到由其反射的条纹显示屏幕图像，将其对应的部位分别定义为部位一、部位二…部位M，并且所述M个部位中的每一个都分别与其他一个或多个有重叠区域；

(b)在条纹显示屏上先后显示两组不同方向的余弦条纹图，每组余弦条纹图均由不同初始相位的条纹图构成，所述条纹图由被测工件表面反射后被M个相机同时拍摄，通过移相相位解算算法和相位解包裹算法，结合条纹显示屏上的条纹周期得到相机上的像素点(^cpx_m,^cpy_m)和条纹显示屏上像素点(^dpx,^dpy)的对应关系，其中m＝1,2,…,M；

(c)通过m号相机与条纹显示屏的像素对应关系，结合条纹显示屏的中心坐标(^dx,^dy,^dz)，法线方向(^dnx,^dny,^dnz)，m号相机镜头的主点坐标(^cx_m,^cy_m,^cz_m)，光轴方向(^cnx_m,^cny_m,^cnz_m)，m号相机镜头的焦距值和畸变量，以及条纹显示屏的像素大小和相机的像素大小，计算得到被测工件部位m上各点的法向量矩阵(Mx_m,My_m)，其中m＝1,2,…,M；

(d)将被测工件不同部位的法向量矩阵(Mx_m,My_m)进行合成，得到整个被测工件表面上各点法向量矩阵(Mx,My)；

(e)对法向量矩阵(Mx,My)的进行梯度积分运算，得到被测工件表面整体的三维形貌S。