文 献 综 述
摘要：相位偏折法是一种广为使用的光学三维轮廓测量技术，而其关键技术，摄像机镜头畸变的校正与标定的结果好坏会直接影响到测量精度。本文就镜头畸变校正的研究背景，以及常用研究方法进行了讨论，并对这些方法的侧重点与优缺点进行了分析。最后，结合本课题的实际研究对象的特性，选择了一种合适的研究方法。
关键词：光学轮廓测量，相位偏折，标定
一、研究背景
获取物体全貌的三维轮廓测量技术正越来越广泛地应用于在线检测、质量控制、CAD/CAM、机器视觉、医学诊断、反求工程、服装设计以及自动导航等领域，光学测量方法因为其非接触性、高精度、获取速度快等优点受到了重视，被认为是最有前途的三维轮廓测量技术。
光学三维轮廓测量的方法包括激光扫描法、莫尔条纹法、干涉测量法、相位测量法等。其中，相位偏折法因为其动态范围大、测量精度高、可测区域范围大、结构简单、检测速度快、抗干扰性能好、成本低、易于操作等优点，得到了较大的发展。
相位偏折法对不同表面反射率的物体有不同的表现。对于漫反射表面的物体，使用条纹投影法，一般通过投影仪将光栅投影到被测物的表面。条纹被待测物的面形调制进而产生扭曲，变形条纹中就蕴含了被测物的高度分布信息。通过摄像机接收得到变形条纹图像。光栅图像是数字化的，并且可以通过一些提取相位的技术，如数字傅里叶变换、n步移相法等，获取光栅的相位分布。导出条纹相位与物体高度的数学关系，或者通过标定技术，可以进一步得到被测物的高度分布。
条纹反射技术通常用于镜面表面的物体[1]。在这种情况下，当光栅投射到物体表面时，物体的作用类似于一面镜子。所以，接收到的反射光栅的相位分布与被测物表面的斜率直接相关，通过积分可以得到其三维形貌。相对于条纹投影技术，条纹反射技术可以达到的分辨率要高的多。对于光滑表面，条纹反射技术可达到的分辨率为微米级到纳米级，可以与干涉仪的精度相较[2] [3]。而条纹投影技术的精度只能达到微米级。
由以上流程我们可以知道，准确地获得每个变形条纹像素点是精确提取相位以及获取待测物高度/斜率分布进而精确重建待测物三维分布的前提与关键。相位偏折测量系统中会使用成像镜头对被测物体进行成像，成像镜头的径向畸变、偏心畸变、薄棱镜畸变等透视畸变，会导致实际图像点与理想图像点存在位置偏差，进而影响最后的面形测量精度。因此，必须建立合适的成像镜头畸变模型并进行标定，来提高测量精度。通过摄像机标定，将摄像机镜头的畸变在一定程度上进行校正，从而建立摄像机图像像素点与场景点间准确的位置关系。摄像机标定的主要途径是根据摄像机模型，由已知特征点的图像坐标求解摄像机的模型参数。标定结果的好坏直接决定了三维测量的系统精度。
二、国内外研究状况
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