CN108088365B - 一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法 - Google Patents

一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108088365B
CN108088365B CN201711370888.8A CN201711370888A CN108088365B CN 108088365 B CN108088365 B CN 108088365B CN 201711370888 A CN201711370888 A CN 201711370888A CN 108088365 B CN108088365 B CN 108088365B
Authority
CN
China
Prior art keywords
digital micromirror
dmd
ccd
charge coupled
coupled device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711370888.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108088365A (zh
Inventor
于连栋
罗辉
夏豪杰
李维诗
邓华夏
张进
张炜
赵会宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN201711370888.8A priority Critical patent/CN108088365B/zh
Publication of CN108088365A publication Critical patent/CN108088365A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108088365B publication Critical patent/CN108088365B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，数字微镜相机包括数字微镜器件DMD、电荷耦合元件CCD、第一透镜组、第二透镜组；映射匹配首先控制数字微镜器件DMD生成横向正弦条纹和纵向正弦条纹，然后计算数字微镜器件DMD的横向相位分布
Figure DDA0001513716830000011
纵向相位分布
Figure DDA0001513716830000012
最后确定电荷耦合元件CCD的像素坐标(i，j)与数字微镜器件DMD镜元坐标(vd(i，j)，ud(i，j))之间的映射关系。本发明不需要将数字微镜器件DMD和电荷耦合元件CCD在空间上调整对齐，避免了繁琐的调整过程，使整个建立映射关系的过程更加简单、方便；采用相位计算方式建立映射关系，可以对所有的电荷耦合器件CCD像素坐标直接计算出对应的数字微镜器件DMD镜元坐标，映射关系更加准确。

Description

一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法
技术领域
本发明涉及高动态相机应用领域，尤其涉及一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法。
背景技术
数字微镜相机主要由数字微镜器件DMD和CCD相机组成。其中，数字微镜器件DMD是一种空间光学调制器，可以对到达像面的光能进行像素级别的精确衰减。经过衰减调节之后，观测场景中的高亮目标与暗目标可以同时在CCD相机中成像。与普通CCD相机或CMOS相机相比，数字微镜相机具有更高的动态范围，可以满足高动态范围场景的观察需求，在高动态成像，光谱分析和扫描测量等众多领域有着广泛的应用。
为了实现数字微镜相机的像素级亮度调节功能，关键是建立数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合器件CCD像素之间精确映射匹配关系。在传统的建立映射关系方法中，首先需要采用手动调节的方式将数字微镜器件DMD镜元和电荷耦合元件CCD像素在空间上调整对齐。然后设置数字微镜器件DMD，使其平面上呈现棋盘格图案，由电荷耦合元件CCD对棋盘格图案成像，采用角点检测的方法可以在角点位置处建立数字微镜器件DMD镜元坐标与电荷耦合元件CCD像素坐标之间的映射关系。
可以看出，传统的建立映射关系方法具有以下缺点：1)需要将数字微镜器件DMD镜元和电荷耦合元件CCD像素在空间上调整对齐，调节过程繁琐，操作困难；2)该方法只能在角点位置建立数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合器件CCD像素之间映射关系，由于棋盘格图案中角点之间具有一定的距离，该方法只能建立少量的DMD镜元与CCD像素之间映射关系，其余位置的映射关系需要通过拟合的方法确定，不够准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，可以方便、快速、准确地建立数字微镜器件DMD镜元和电荷耦合元件CCD像素之间的映射关系。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，包括能够对图像连读进行像素级调节的数字微镜相机，数字微镜相机包括数字微镜器件DMD、电荷耦合元件CCD、第一透镜组、第二透镜组；所述第一透镜组为定倍成像物镜，将被测物表面完整地成像在所述数字微镜器件DMD上；所述数字微镜器件DMD由多个独立寻址控制的镜元组成，对入射光的光强进行精确调制；所述第二透镜组为变倍透镜，将数字微镜器件DMD上的图像完整地成像在电荷耦合元件CCD上；所述数字微镜器件DMD、第二透镜组、电荷耦合元件CCD三者光轴重合；
建立所述数字微镜器件DMD镜元坐标与电荷耦合元件CCD像素坐标之间的对应关系，进行映射匹配，具体包括如下步骤：
步骤一，控制数字微镜器件DMD依次生成一组横向正弦条纹和一组纵向正弦条纹，电荷耦合元件CCD同时采集横向条纹图像和纵向条纹图像；
步骤二，计算数字微镜器件DMD的横向相位分布
Figure GDA0002249222380000025
纵向相位分布
Figure GDA0002249222380000026
数字微镜器件DMD横向相位分布
Figure GDA0002249222380000027
通过下式(1)计算，数字微镜器件DMD的纵向相位分布
Figure GDA0002249222380000028
通过下式(2)计算：
Figure GDA0002249222380000021
Figure GDA0002249222380000022
上式(1)、式(2)中，N是总的相移步数，IHn(i,j)是第n步相移时的横向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD采集到的横向条纹的图像得到；IVn(i,j)是第n步相移时的纵向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD采集到的纵向条纹的图像得到；(i,j)是电荷耦合元件CCD的像素坐标；
步骤三，确定电荷耦合元件CCD的像素坐标(i,j)与数字微镜器件DMD镜元坐标(vd(i,j),ud(i,j))之间的映射关系，其中vd(i,j)由下式(3)确定，ud(i,j)由下式(4)确定：
Figure GDA0002249222380000023
Figure GDA0002249222380000024
上式(3)、式(4)中，TH是横向正弦条纹的周期宽度，TV是纵向正弦条纹的周期宽度。
本发明的有益效果是：
1)本发明在建立数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合器件CCD像素之间映射关系时，不需要将数字微镜器件DMD镜元和电荷耦合元件CCD像素在空间上调整对齐，避免了繁琐的调整过程，使整个建立映射关系的过程更加简单、方便；
2)本发明采用相位计算方式建立数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合器件CCD像素之间映射关系，可以对所有的电荷耦合器件CCD像素坐标直接计算出对应的数字微镜器件DMD镜元坐标。由于省去了拟合、插值等计算过程，采用本发明建立的映射关系更加准确。
附图说明
图1为数字微镜相机结构示意图；
图2为数字微镜器件DMD生成的横向条纹图案；
图3为数字微镜器件DMD生成的纵向条纹图案；
图4为横向相位分布图；
图5为纵向相位分布图；
图6为数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合元件CCD像素映射示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，包括能够对图像连读进行像素级调节的数字微镜相机，如图1所示，数字微镜相机包括数字微镜器件DMD1、电荷耦合元件CCD4、第一透镜组2、第二透镜组3；所述第一透镜组2为定倍成像物镜，将被测物表面完整地成像在所述数字微镜器件DMD1上；所述数字微镜器件DMD1由多个独立寻址控制的镜元组成，对入射光的光强进行精确调制；所述第二透镜组3为变倍透镜，将数字微镜器件DMD1上的图像完整地成像在电荷耦合元件CCD4上；所述数字微镜器件DMD1、第二透镜组3、电荷耦合元件CCD4三者光轴重合。
建立所述数字微镜器件DMD1镜元坐标与电荷耦合元件CCD4像素坐标之间的对应关系，进行映射匹配，具体包括如下步骤：
步骤一，如图2、3所示，控制数字微镜器件DMD1依次生成一组横向正弦条纹和一组纵向正弦条纹，电荷耦合元件CCD4同时采集横向条纹图像和纵向条纹图像；
步骤二，计算如图4、图5的数字微镜器件DMD1的横向相位分布
Figure GDA0002249222380000035
纵向相位分布
Figure GDA0002249222380000036
数字微镜器件DMD1横向相位分布
Figure GDA0002249222380000037
通过下式(1)计算，数字微镜器件DMD1的纵向相位分布
Figure GDA0002249222380000038
通过下式(2)计算：
Figure GDA0002249222380000031
Figure GDA0002249222380000032
上式(1)、式(2)中，N是总的相移步数，IHn(i,j)是第n步相移时的横向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD4采集到的横向条纹的图像得到；IVn(i,j)是第n步相移时的纵向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD4采集到的纵向条纹的图像得到；(i,j)是电荷耦合元件CCD的像素坐标；
步骤三，确定电荷耦合元件CCD的像素坐标(i,j)与数字微镜器件DMD镜元坐标(vd(i,j),ud(i,i))之间的映射关系，如图6所示，其中vd(i,j)由下式(3)确定，ud(i,j)由下式(4)确定：
Figure GDA0002249222380000033
Figure GDA0002249222380000034
上式(3)、式(4)中，TH是横向正弦条纹的周期宽度，TV是纵向正弦条纹的周期宽度。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，其特征在于，包括能够对图像连读进行像素级调节的数字微镜相机，数字微镜相机包括数字微镜器件DMD、电荷耦合元件CCD、第一透镜组、第二透镜组；所述第一透镜组为定倍成像物镜，将被测物表面完整地成像在所述数字微镜器件DMD上；所述数字微镜器件DMD由多个独立寻址控制的镜元组成，对入射光的光强进行精确调制；所述第二透镜组为变倍透镜，将数字微镜器件DMD上的图像完整地成像在电荷耦合元件CCD上；所述数字微镜器件DMD、第二透镜组、电荷耦合元件CCD三者光轴重合；
建立所述数字微镜器件DMD镜元坐标与电荷耦合元件CCD像素坐标之间的对应关系，进行映射匹配，具体包括如下步骤：
步骤一，控制数字微镜器件DMD依次生成一组横向正弦条纹和一组纵向正弦条纹，电荷耦合元件CCD同时采集横向条纹图像和纵向条纹图像；
步骤二，计算数字微镜器件DMD的横向相位分布
Figure 606137DEST_PATH_IMAGE001
、纵向相位分布
Figure 116752DEST_PATH_IMAGE002
，数字微镜器件 DMD横向相位分布
Figure 365331DEST_PATH_IMAGE001
通过下式（1）计算，数字微镜器件DMD的纵向相位分布
Figure 88436DEST_PATH_IMAGE002
通过下式（2） 计算：
Figure 637229DEST_PATH_IMAGE003
（1）
Figure 787588DEST_PATH_IMAGE004
（2）
上式（1）、式（2）中，N是总的相移步数，
Figure 789042DEST_PATH_IMAGE005
是第n步相移时的横向条纹的亮度分 布，通过测量电荷耦合元件CCD采集到的横向条纹的图像得到；
Figure 473095DEST_PATH_IMAGE006
是第n步相移时的 纵向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD采集到的纵向条纹的图像得到；
Figure 702826DEST_PATH_IMAGE007
是 电荷耦合元件CCD的像素坐标；
步骤三，确定电荷耦合元件CCD的像素坐标
Figure 24086DEST_PATH_IMAGE007
与数字微镜器件DMD镜元坐标
Figure 371891DEST_PATH_IMAGE008
之间的映射关系，其中
Figure 577744DEST_PATH_IMAGE009
由下式（3）确定，
Figure 694605DEST_PATH_IMAGE010
由下式（4）确 定：
Figure 593291DEST_PATH_IMAGE011
（3）
Figure 929856DEST_PATH_IMAGE012
（4）
上式（3）、式（4）中，
Figure 673821DEST_PATH_IMAGE013
是横向正弦条纹的周期宽度，
Figure 910768DEST_PATH_IMAGE014
是纵向正弦条纹的周期宽度。
CN201711370888.8A 2017-12-19 2017-12-19 一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法 Active CN108088365B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711370888.8A CN108088365B (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711370888.8A CN108088365B (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108088365A CN108088365A (zh) 2018-05-29
CN108088365B true CN108088365B (zh) 2020-04-07

Family

ID=62177312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711370888.8A Active CN108088365B (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108088365B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112070842B (zh) * 2020-07-28 2023-03-21 安徽农业大学 一种基于正交编码条纹的多摄像机全局标定方法
CN113466229A (zh) * 2021-06-29 2021-10-01 天津大学 一种基于合成条纹的数字微镜相机像素级坐标映射方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106679591A (zh) * 2016-12-30 2017-05-17 合肥工业大学 一种基于数字微镜的高反光表面三维测量装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4003274B2 (ja) * 1998-01-27 2007-11-07 松下電器産業株式会社 距離測定装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106679591A (zh) * 2016-12-30 2017-05-17 合肥工业大学 一种基于数字微镜的高反光表面三维测量装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108088365A (zh) 2018-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110689581B (zh) 结构光模组标定方法、电子设备、计算机可读存储介质
CN100461216C (zh) 用于修改图像场数据的技术
EP2745171B1 (en) Projector and control method thereof
JP5929553B2 (ja) 画像処理装置、撮像装置、画像処理方法およびプログラム
US11375165B2 (en) Image calibration for projected images
JP5859080B2 (ja) イメージのカラーアーチファクトを補正する方法と関連装置
CN106504290B (zh) 一种高精度的摄像机动态标定方法
CN108063932B (zh) 一种光度标定的方法及装置
US8111290B2 (en) Radiometric calibration using temporal irradiance mixtures
JP5633058B1 (ja) ３次元計測装置及び３次元計測方法
KR101941801B1 (ko) Led 디스플레이에 이용되는 영상 처리 방법 및 장치
CN108627121B (zh) 一种镜面面形检测装置及其检测方法
CN108020175B (zh) 一种多光栅投影双目视觉舌体表面三维整体成像方法
CN104568963A (zh) 一种基于rgb结构光的在线式三维检测装置
CN108088365B (zh) 一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法
Je et al. Color-phase analysis for sinusoidal structured light in rapid range imaging
CN106683133B (zh) 一种获取目标深度图像的方法
CN108010071B (zh) 一种利用3d深度测量的亮度分布测量***及方法
CN112179292B (zh) 一种基于投影仪的线结构光视觉传感器标定方法
JP2015142364A (ja) 画像処理装置、撮像装置、及び画像処理方法
JP2015119416A (ja) 画像処理装置およびその制御方法
TWI538476B (zh) 立體攝影系統及其方法
RU2692970C2 (ru) Способ калибровки видеодатчиков многоспектральной системы технического зрения
KR101653649B1 (ko) 균일도 보상 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정 방법
CN102095496B (zh) 一种测量动态照度分布的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant