CN112082512A - 一种相位测量偏折术的标定优化方法、装置及计算机设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种相位测量偏折术的标定优化方法、装置及计算机设备，应用于相位测量偏折术系统，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，包括：获取标定内参数及标定外参数；建立所述标定物的一个或多个误差函数；通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数；通过简单的优化参照物，实现系统标定参数的精度的显著提升，得到高精度的标定参数，提高PMD系统的测量精度。

Description

一种相位测量偏折术的标定优化方法、装置及计算机设备

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别是涉及一种相位测量偏折术的标定优化方法、一种相位测量偏折术的标定优化装置、一种计算机设备和一种存储介质。

背景技术

近几年来曲面玻璃的应用越来越广泛，如手机3D玻璃盖板，电视、电脑曲面屏等；曲面玻璃在生产过程中的质量管控也越来越受到人们的关注。然而曲面玻璃材质具有类镜面反射效果，且表面特征点少，正因为这些特殊性，传统的三维重建方法如双目视觉、传统结构光方法都难以满足要求。基于相位测量偏折术(PMD，Phase MeasuringDeflectometry)的技术可以很好的应用于曲面玻璃的面形测量中，其利用了玻璃的镜面反射特性，在系统中加入一个显示屏用来显示正弦条纹，然后观察曲面玻璃的中条纹反射的形变来估计玻璃的面形。在PMD测量系统中，相机、显示屏、参考面的标定很重要，标定精度直接影响了玻璃测量的精度。

对于PMD这种高精度三维测量技术来说(理论上z轴方向可达纳米级)，标定精度对测量精度影响很大，倘若标定参数不够准确，会对梯度的求解产生较大误差，以至于后续积分算法求解的点云数据会有更大误差，因此PMD系统的参数标定成为整个测量系统的关键环节之一。目前，PMD系统的标定方法一般是利用传统的方法标定相机内参数，在参考面和显示屏上显示棋盘格，检测角点，根据角点坐标结合相机内参数和三角测量原理估计参考面和显示屏相对于相机的旋转矩阵和平移向量，即外参数。对于这些参数的求解都有成熟的算法来解决，然而对于整个测量系统而言，标定参数需要进行联合优化来得到来提高测量的精度。现有的优化方法一般是对相位求解误差，显示屏伽马非线性误差等方面的误差消除；

目前，相位偏折术测量的标定主要采用传统的方法标定相机的内外参数，但是受到标定板角点检测以及相机噪声等因素影响，标定参数精度较低，导致三维重建结果误差较大。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种相位测量偏折术的标定优化方法、一种相位测量偏折术的标定优化装置、一种计算机设备和一种存储介质。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种相位测量偏折术的标定优化方法，应用于相位测量偏折术系统，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，包括：

获取标定内参数及标定外参数；

建立所述标定物的一个或多个误差函数；

通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

优选地，所述标定物包括第一标定物，其中，所述第一标定物包括高精度的表面反射镜，所述方法还包括：

获取所述优化后的标定内参数及标定外参数下所述第一标定物的第一条纹图案；

获取所述优化后的标定内参数及标定外参数下所述待测物的第二条纹图案；

计算出所述第一条纹图案与所述第二条纹图案之间的相位差；

通过所述相位差计算得到所述待测物的梯度积分；

由所述梯度积分计算获得所述待测物的三维模型。

优选地，所述获取标定内参数及标定外参数，包括：

通过所述相机标定算法获得标定内参数；其中，所述标定内参数包括焦距、中心点及畸变；

获取到针对第一标定物的角点坐标；

根据所述标定内参数及角点坐标，得到所述标定外参数；其中，所述标定外参数包括旋转矩阵及平移向量。

优选地，所述标定物包括第二标定物，其中，所述第二标定物包括具有精确的长宽尺寸，表面粗糙度在纳米级的高精度平面镜，所述误差函数包括平面度误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括：

获取所述标定内参数及标定外参数下所述第二标定物的第三条纹图案；

计算出所述第三条纹图案的绝对相位；

根据所述绝对相位得到第一梯度参数及第二梯度参数；

根据所述第一梯度参数及第二梯度参数建立所述平面度误差函数。

优选地，所述误差函数包括尺寸误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括：

获取所述第二标定物的边长及图像边长；

根据所述第二标定物的边长及所述图像边长建立尺寸误差函数。

优选地，所述误差函数包括夹角误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括：

获取所述第二标定物的图像夹角；

根据所述第二标定物的图像夹角建立夹角误差函数。

优选地，所述标定内参数及标定外参数包括初始标定内参数及初始标定外参数包括，所述通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数，包括：

根据所述一个或多个误差函数建立多目标优化函数；

以所述初始标定内参数及初始标定外参数为初始输入值，将所述多目标优化函数进行迭代，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

本发明实施例还公开了一种相位测量偏折术的标定优化装置，应用于相位测量偏折术系统，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，包括：

参数获取模块，用于获取标定内参数及标定外参数；

误差函数建立模块，用于建立所述标定物的一个或多个误差函数；

优化模块，用于通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

本发明实施例还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的相位测量偏折术的标定优化方法的步骤。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的相位测量偏折术的标定优化方法的步骤。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例中，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，包括：获取标定内参数及标定外参数；建立所述标定物的一个或多个误差函数；通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数；通过简单的优化参照物，实现系统标定参数的精度的显著提升，得到高精度的标定参数，提高PMD系统的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图

图1是本发明实施例的一种相位测量偏折术的标定优化方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明实施例的一种相位测量偏折术系统的示意图；

图3是本发明实施例的一种三维模型获得步骤的流程示意图；

图4是本发明实施例的一种参数获取步骤的流程示意图；

图5是本发明实施例的一种误差函数建立步骤的流程示意图；

图6是本发明实施例的一种误差函数建立步骤的流程示意图；

图7是本发明实施例的一种误差函数建立步骤的流程示意图；

图8是本发明实施例的一种多目标优化函数迭代步骤的流程示意图；

图9是本发明实施例的一种PMD系统的工作原理图；

图10是本发明实施例的一种PMD系统的梯度计算原理图；

图11是本发明实施例的一种PMD系统标定优化的高精度平面镜示意图；

图12是本发明实施例的一种相位测量偏折术的标定优化装置实施例的结构框图；

图13是一个实施例的一种计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，示出了本发明实施例的一种相位测量偏折术的标定优化方法实施例的步骤流程图，应用于相位测量偏折术系统，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，具体可以包括如下步骤：

步骤101，获取标定内参数及标定外参数；

本发明实施例中，上述的标定方法可以应用于相位测量偏折术系统，参照图2，示出了本发明实施例的一种相位测量偏折术系统的示意图；其中，1表示显示屏，其用于显示条纹图像；2表示相机，其用于拍摄条纹图像；3表示参考面(即放置标定物的位置)；4表示待测面(即放置待测物的位置)，所述显示屏可以为LCD屏幕，用于显示条纹图像，而标定物或待测物一般为镜面或者透明物体，可以反射显示屏显示的条纹图像，那上述的相机可以拍摄反射的条纹图像；

本发明实施例中，首先计算出相位测量偏折术系统的标定参数，包括标定内参数及标定外参数；系统标定包括相机内参数(即标定内参数)以及相机、显示器、参考面三者的几何关系(即标定外参数)，首先，可以用相机标定算法标定标定内参数，如相机焦距f、中心点c、畸变k等，上述的相机标定算法可以包括张氏标定法，本发明实施例对上述的相机标定算法的种类不作过多的限制。

举例而言，如图9所示，在显示屏上显示特定大小的棋盘格，还可以在参考面放置一个高精度的表面反射镜，转动表面反射镜的位置，就可以在相机中捕获不同位姿的棋盘格，通过算法得到相机焦距f、中心点c、畸变k；进一步地，在参考面放置棋盘格，用已经标定好内参数的相机拍摄棋盘格图像，再计算物理棋盘格和参考面反射的棋盘格图像之间的角点坐标，结合相机内参数计算出显示器和参考面相对于相机的标定外参数，如旋转矩阵Rv、Rr和平移向量Tv、Tr。

步骤102，建立所述标定物的一个或多个误差函数；

本发明实施例中，上述的标定物可以包括第二标定物，其中，所述第二标定物包括具有精确的长宽尺寸，表面粗糙度在纳米级的高精度平面镜；本发明实施例中，该第二标定物也可以包括形状和尺寸精确已知的凹面镜、凸面镜等，本发明实施例对此不作过多的限制。

针对误差函数的种类，可以包括平面度误差函数、尺寸误差函数及夹角误差函数，还可以包括其他种类的误差函数，如折射率误差函数等，本发明实施例对误差函数的种类不作过多的限制。

步骤103，通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

在得到上述的误差函数后，可以通过一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

具体而言，通过一个或多个误差函数建立多目标优化函数，以所述标定内参数及标定外参数为输入值，将所有的系统标定参数作为多目标优化函数的值，不断进行迭代更新，向上下限收敛，得到优化后的标定内参数及标定外参数，通过简单的优化参照物，实现系统标定参数的精度的显著提升，得到高精度的标定参数，提高PMD系统的测量精度。

本发明实施例中，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，包括：获取标定内参数及标定外参数；建立所述标定物的一个或多个误差函数；通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数；通过简单的优化参照物，实现系统标定参数的精度的显著提升，得到高精度的标定参数，提高PMD系统的测量精度。

本发明实施例的一种优选实施例中，参照图3，示出了本发明实施例的一种三维模型获得步骤的流程示意图，所述标定物包括第一标定物，所述方法还包括以下步骤：

步骤104，获取所述优化后的标定内参数及标定外参数下所述第一标定物的第一条纹图案；

步骤105，获取所述优化后的标定内参数及标定外参数下所述待测物的第二条纹图案；

步骤106，计算出所述第一条纹图案与所述第二条纹图案之间的相位差；

步骤107，通过所述相位差计算得到所述待测物的梯度积分；

步骤108，由所述梯度积分计算获得所述待测物的三维模型。

在得到高精度的标定参数后，可以利用高精度的标定参数(即优化后的标定内参数及标定外参数)设置上述的相位测量偏折术系统，分别得到第一标定物的第一条纹图案及待测物的第二条纹图案，通过两者的相位差计算梯度积分，进一步计算得到待测物的点云数据，即得到三维模型。其中，所述第一标定物可以包括高精度的表面反射镜。

参照图4，示出了本发明实施例的一种参数获取步骤的流程示意图，所述获取标定内参数及标定外参数，包括以下子步骤：

步骤S11，通过所述相机标定算法获得标定内参数；其中，所述标定内参数包括焦距、中心点及畸变；

步骤S12，获取到针对第一标定物的角点坐标；

步骤S13，根据所述标定内参数及角点坐标，得到所述标定外参数；其中，所述标定外参数包括旋转矩阵及平移向量。

具体应用到本发明实施例中，可以首先通过相机标定算法获得标定内参数，如焦距、中心点及畸变等，本发明实施例对此不作限制。

进一步地，在图2所示的显示屏显示特定大小的棋盘格图像，相机拍摄第一标定物反射的棋盘格图像，计算物理棋盘格与反射的棋盘格图像的角点坐标，根据所述标定内参数及角点坐标，得到所述标定外参数，如旋转矩阵及平移向量等，本发明实施例对此不作过多的限制。

参照图5，示出了本发明实施例的一种误差函数建立步骤的流程示意图，所述标定物包括第二标定物，所述误差函数包括平面度误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括以下子步骤：

步骤S21，获取所述标定内参数及标定外参数下所述第二标定物的第三条纹图案；

步骤S22，计算出所述第三条纹图案的绝对相位；

步骤S23，根据所述绝对相位得到第一梯度参数及第二梯度参数；

步骤S24，根据所述第一梯度参数及第二梯度参数建立所述平面度误差函数。

具体应用到本发明实施例中，所述标定物包括第二标定物，其中，所述第二标定物包括具有精确的长宽尺寸，表面粗糙度在纳米级的高精度平面镜，首先获取利用标定内参数及标定外参数设置的相位测量偏折术系统，得到上述高精度平面镜的第三条纹图案(即条纹及格雷码图像)，计算高精度平面镜所有点的x-y两个方向的梯度参数，通过两个方向的梯度参数建立所述平面度误差函数。

参照图6，示出了本发明实施例的一种误差函数建立步骤的流程示意图，所述误差函数包括尺寸误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括以下子步骤：

步骤S31，获取所述第二标定物的边长及图像边长；

步骤S32，根据所述第二标定物的边长及所述图像边长建立尺寸误差函数。

进一步，还可以得到第二标定物的边长及反射的图像边长，通过两者建立尺寸误差函数。

参照图7，示出了本发明实施例的一种误差函数建立步骤的流程示意图，所述误差函数包括夹角误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括以下子步骤：

步骤S41，获取所述第二标定物的图像夹角；

步骤S42，根据所述第二标定物的图像夹角建立夹角误差函数。

本发明实施例中，为了防止产生仿射变化效应，可基于高精度平面镜的四条边，计算其四个夹角的误差平均值，即可以建立夹角误差函数。

参照图8，示出了本发明实施例的一种多目标优化函数迭代步骤的流程示意图，所述标定内参数及标定外参数包括初始标定内参数及初始标定外参数包括，所述通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数，包括以下子步骤：

步骤S51，根据所述一个或多个误差函数建立多目标优化函数；

步骤S52，以所述初始标定内参数及初始标定外参数为初始输入值，将所述多目标优化函数进行迭代，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

实际应用到本发明实施例中，还可以根据上述的一个或多个误差函数建立多目标优化函数，如只通过平面度误差函数建立多目标优化函数，或只通过平面度误差函数与尺寸误差函数建立多目标优化函数，本发明实施例对此不作限制。

建立多目标优化函数后，通过迭代，将多目标优化函数收敛，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

为了使本领域技术人员更好了理解本发明实施例，以下通过一个具体示例进行说明：

如图9所示，示出了本发明实施例的PMD系统的工作原理图，1表示显示屏；2表示相机；3表示参考面；4表示虚拟成像；5表示待测面；即本发明实施例的单相机PMD系统由以下几个部分组成：显示屏，用于显示正弦条纹图像，常用LCD屏幕；相机，用于拍摄条纹图像；待测物：镜面或者透明物体。

本发明实施例的PMD系统基本工作流程如下所示：

1)装置安装：显示屏、相机都要和参考面成一定角度，使得从相机观察参考面时，显示屏画面能完全覆盖参考面；

2)相机标定：使用传统的相机标定算法即可标定相机焦距、主点、畸变等参数；

3)参考面和显示屏标定：由已标定的相机内参数，标定参考面和显示屏到相机的外参数；

4)系统标定参数的整体优化，提升标定精度；

5)获取参考面和待测面的高质量正弦条纹相位位移图；

6)梯度计算：由条纹图案和格雷码图案计算参考面和待测面的相位差，在由相位差及数学模型计算待测面梯度；

7)点云计算：由梯度积分得到待测面的3D面形。

本发明实施例的详细技术方案：

1、装置搭建与调试

a)采用高分辨率显示屏(如1920*1080分辨率，主要为提高显示条纹的相位精度)；

b)水平放置目标物体，如手机玻璃盖板；

c)调整相机位置，显示屏位置，使得显示屏幕上显示的条纹，经玻璃表面反射后能够被相机清晰的拍摄到(相机分辨率一般采用400万像素以上)。

2、系统初步标定

系统标定包括相机内参数以及相机、显示器、参考面三者的几何关系。首先用传统的相机标定算法标定相机焦距f、中心点c、畸变k等参数。具体步骤是首先由已知单位像素尺寸的LCD屏幕显示特定大小的棋盘格，然后将一块高精度的表面反射镜至于参考面，依次转动和移动反射镜的位置(如图10所示)，就可以在相机中捕获不同位姿的棋盘格。采集20幅图左右，利用张氏标定法标定相机焦距f、中心点c、畸变k等内参数。

然后在参考面上放置一个棋盘格，并用已标定好内参的相机拍摄棋盘格图像；再分别计算实际物理棋盘格和参考面反射棋盘格的角点坐标，结合相机内参数计算出显示器和参考面相对于相机的旋转矩阵Rv、Rr和平移向量Tv、Tr。

3、相位求解

本发明实施例使用LCD显示器显示正弦条纹，使用格雷码加四步相移来求解物体表面的绝对相位用于后续计算被测面和参考面的相位差；格雷码加相移可以很容易的获取到绝对相位，四步相移公式如下：

其中a为平均强度，b为强度调制值，φ(x，y)为相位值。上述公式求解出来的是相对相位，绝对相位需要加上格雷码级数和周期的乘积，如下：

4、梯度计算

如图2中，以相机靶面上的某一像素点p为例进行说明，被测量的面上p点发射的光线经过镜面上的R点反射后交于屏幕A点，当测量面存在面形变化，与参考面具有α夹角时，根据反射定律，其反射光线就会偏转2α角，此时在相机的同一个像素位置将看到B点，这样AB之间就会形成相位差

此时R点处的斜率tanα即称为该点的水平方向梯度，可以近似表达为：

同理即可计算出另外一个法向的梯度zy,对测量面每一个点依次计算即可得到图像中每个点梯度和法向。

5、三维重建

计算出x-y两个方向的梯度，即可根据系统标定参数和几何关系，计算出该点在相机坐标系下的法向值，获得物体表面的法向场后，通过传统的积分策略即可获得物体表面的三维形状，其原理和光度学立体三维重建类似。重建精度的核心在于法向计算准确与否，而法向计算取决于梯度的计算和系统的几何参数标定的精度。梯度与高度的关系表达式为：

6、标定参数优化

在步骤2中，可以获得初步的标定参数，为了得到精度更高的重建结果，对标定参数的优化是必要的。PMD系统主要标定参数有{f、c、k、Rv、Rr、Tv、Tr}，本发明实施例利用多目标规划的方法，所使用的优化参照物简单，为一块高精度平面镜，具有精确的已知长宽尺寸，表面粗糙度在纳米级，如图11所示，将其作为标定参照物，对系统整体参数进行优化，其计算方法及过程如下：

首先将高精度平面镜当作标准平面，获取平面镜的条纹及格雷码图像，再利用格雷码加相移的方法计算出绝对相位；将初始标定参数作为输入，结合相位梯度模型计算平面镜所有点的x-y两个方向的梯度

和

b)计算三种误差函数

i.平面度误差：理论上，如果不考虑标定和相位重建误差，对于平面镜的重建结果应该是理想平面，但实际上受到各种误差尤其标定误差影响，重建表面不可能是理想平面，因此我们首先以平面度作为第一个误差函数，其基本思路也很简单：如果标定参数在优化过程中趋向于真实值，那么标定参数优化过程中，所计算出的平面度也将趋向于0。为了简化计算过程，我们对原始重建的稠密点云梯度进行抽样，比如采样1/10，然后分别计算x和y方向的梯度方差，理论上，对于平面镜，其法向都是一样的，梯度也应该都是一样的，所以构建梯度误差函数Ep用来描述参考面的平面度，并计算如下：

ii.尺寸误差：仅仅保证平面度指标显然是不够的，因为平面是无尺度的概念，因此还需要考虑具体尺寸，比如一个10*10mm和一个100*100mm的标准平面，其平面度都是0，但尺寸却大相径庭，因此第二个要同时考虑的误差函数是尺寸误差函数。参考平面镜在加工时，有较高的加工精度保证长宽尺寸，采用正方形加工方案，边长为L，从相机图像中，可以通过简单的二值化方法分割出平面镜区域，通过边缘亚像素拟合，计算出平面镜区域四个边的边长d，进而构建出尺寸误差函数Ed:

iii.角度误差：保证了平面度和尺寸误差仍然不够，比如一个正方形平面和一个菱形平面，其平面度都是0，边长都相等，显然，一个方形平面镜重建成菱形平面是不可以接受的，因此我们还需要引入第三个误差函数，即角度误差函数，以防止产生仿射变化效应，具体计算可基于平面镜四条边，计算四个夹角误差平均值E_θ：

综合考虑上面三种误差函数，可充分保证重建目标形状、尺寸的正确性。对于PMD系统，考虑全部系统参数集K＝{f、c、k、Rv、Rr、Tv、Tr},以初始标定参数为初始值，建立如下多目标优化函数，

lb和ub为函数参数优化的变量变化上线限，一般我们对所有参数取[-10％，10％]的变化区间设置，参数β和γ主要用来调整三种误差函数的尺度，如果某个误差函数尺度过大，可通过调小权重参数来获得较好的整体优化效果。通过上述思路和计算方法，将PMD系统的参数优化问题，转换成了多目标函数求解问题，利用现有的数学优化工具均可轻松求解。

PMD方法是目前能够对透明和镜面物体进行快速测量的为数不多的方法，PMD系统实施的关键步骤之一就是系统参数的标定，而现有方法中对于标定参数的二次优化均未考虑，更多的是基于标准物体，对实测结果的误差补偿，并未从根本上解决和提高系统标定精度。本发明实施例的技术方案的提出，可以通过简单的优化参照物，实现系统标定参数的显著提升，方法简单有效，易于实施。

本发明实施例以单相机PMD系统为例，对所发明的系统参数优化方法及步骤进行了详细阐述，其工作原理同样适用于双目和多目PMD系统；本发明实施例采用了平面镜作为标定块，也可以采用其他标准的镜面物体作为优化参照物，如形状和尺寸已知的凹面、凸面镜等，计算方法类似；本发明实施例定义了三种误差函数，实际上也可以根据具体情况，定义更多或者更少的误差函数，只要能保证所需要优化的关键参数能够获得精度提升即可。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

参照图12，示出了本发明实施例的一种相位测量偏折术的标定优化装置实施例的结构框图，应用于相位测量偏折术系统，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，具体可以包括如下模块：

参数获取模块301，用于获取标定内参数及标定外参数；

误差函数建立模块302，用于建立所述标定物的一个或多个误差函数；

优化模块303，用于通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

优选地，所述标定物包括第一标定物，其中，所述第一标定物包括高精度的表面反射镜，所述装置还包括：

第一图案获取模块，用于获取所述优化后的标定内参数及标定外参数下所述第一标定物的第一条纹图案；

第二图案获取模块，用于获取所述优化后的标定内参数及标定外参数下所述待测物的第二条纹图案；

相位差计算模块，用于计算出所述第一条纹图案与所述第二条纹图案之间的相位差；

梯度积分计算模块，用于通过所述相位差计算得到所述待测物的梯度积分；

三维模型获得模块，用于由所述梯度积分计算获得所述待测物的三维模型。

优选地，所述参数获取模块包括：

内参数获取子模块，用于通过所述相机标定算法获得标定内参数；其中，所述标定内参数包括焦距、中心点及畸变；

角点坐标获取子模块，用于获取到针对第一标定物的角点坐标；

外参数获取子模块，用于根据所述标定内参数及角点坐标，得到所述标定外参数；其中，所述标定外参数包括旋转矩阵及平移向量。

优选地，所述标定物包括第二标定物，其中，所述第二标定物包括具有精确的长宽尺寸，表面粗糙度在纳米级的高精度平面镜，所述误差函数包括平面度误差函数，所述误差函数建立模块包括：

第三图案获取子模块，用于获取所述标定内参数及标定外参数下所述第二标定物的第三条纹图案；

绝对相位计算子模块，用于计算出所述第三条纹图案的绝对相位；

梯度参数获取子模块，用于根据所述绝对相位得到第一梯度参数及第二梯度参数；

平面度误差函数建立子模块，用于根据所述第一梯度参数及第二梯度参数建立所述平面度误差函数。

优选地，所述误差函数包括尺寸误差函数，所述误差函数建立模块包括：

边长获取子模块，用于获取所述第二标定物的边长及图像边长；

尺寸误差函数建立子模块，用于根据所述第二标定物的边长及所述图像边长建立尺寸误差函数。

优选地，所述误差函数包括夹角误差函数，所述误差函数建立模块包括：

图像夹角获取子模块，用于获取所述第二标定物的图像夹角；

夹角误差函数建立子模块，用于根据所述第二标定物的图像夹角建立夹角误差函数。

优选地，所述标定内参数及标定外参数包括初始标定内参数及初始标定外参数包括，所述优化模块包括：

多目标优化函数建立子模块，用于根据所述一个或多个误差函数建立多目标优化函数；

迭代子模块，用于以所述初始标定内参数及初始标定外参数为初始输入值，将所述多目标优化函数进行迭代，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

上述相位测量偏折术的标定优化装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

上述提供的相位测量偏折术的标定优化装置可用于执行上述任意实施例提供的相位测量偏折术的标定优化方法，具备相应的功能和有益效果。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种相位测量偏折术的标定优化方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现图1至图8的实施例的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下图1至图8的实施例的步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种一种相位测量偏折术的标定优化方法、一种相位测量偏折术的标定优化装置、一种计算机设备和一种存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种相位测量偏折术的标定优化方法，其特征在于，应用于相位测量偏折术系统，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，包括：

获取标定内参数及标定外参数；

建立所述标定物的一个或多个误差函数；

通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

2.根据权利要求1所述的参数标定方法，其特征在于，所述标定物包括第一标定物，其中，所述第一标定物包括高精度的表面反射镜，所述方法还包括：

获取所述优化后的标定内参数及标定外参数下所述第一标定物的第一条纹图案；

获取所述优化后的标定内参数及标定外参数下所述待测物的第二条纹图案；

计算出所述第一条纹图案与所述第二条纹图案之间的相位差；

通过所述相位差计算得到所述待测物的梯度积分；

由所述梯度积分计算获得所述待测物的三维模型。

3.根据权利要求1所述的参数标定方法，其特征在于，所述获取标定内参数及标定外参数，包括：

通过所述相机标定算法获得标定内参数；其中，所述标定内参数包括焦距、中心点及畸变；

获取到针对第一标定物的角点坐标；

根据所述标定内参数及角点坐标，得到所述标定外参数；其中，所述标定外参数包括旋转矩阵及平移向量。

4.根据权利要求1所述的参数标定方法，其特征在于，所述标定物包括第二标定物，其中，所述第二标定物包括具有精确的长宽尺寸，表面粗糙度在纳米级的高精度平面镜，所述误差函数包括平面度误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括：

获取所述标定内参数及标定外参数下所述第二标定物的第三条纹图案；

计算出所述第三条纹图案的绝对相位；

根据所述绝对相位得到第一梯度参数及第二梯度参数；

根据所述第一梯度参数及第二梯度参数建立所述平面度误差函数。

5.根据权利要求4所述的参数标定方法，其特征在于，所述误差函数包括尺寸误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括：

获取所述第二标定物的边长及图像边长；

根据所述第二标定物的边长及所述图像边长建立尺寸误差函数。

6.根据权利要求5所述的参数标定方法，其特征在于，所述误差函数包括夹角误差函数，所述建立标定物的一个或多个误差函数，包括：

获取所述第二标定物的图像夹角；

根据所述第二标定物的图像夹角建立夹角误差函数。

7.根据权利要求4或5或6所述的参数标定方法，其特征在于，所述标定内参数及标定外参数包括初始标定内参数及初始标定外参数包括，所述通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数，包括：

根据所述一个或多个误差函数建立多目标优化函数；

以所述初始标定内参数及初始标定外参数为初始输入值，将所述多目标优化函数进行迭代，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

8.一种相位测量偏折术的标定优化装置，其特征在于，应用于相位测量偏折术系统，所述相位测量偏折术系统包括显示屏、相机以及标定物或待测物，所述显示屏、相机以及标定物或待测物在空间上形成预设角度，包括：

参数获取模块，用于获取标定内参数及标定外参数；

误差函数建立模块，用于建立所述标定物的一个或多个误差函数；

优化模块，用于通过所述一个或多个误差函数对所述标定内参数及标定外参数进行优化，得到优化后的标定内参数及标定外参数。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的相位测量偏折术的标定优化方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的相位测量偏折术的标定优化方法的步骤。

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