用于半透明表面測量的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法（征求意見稿）

1T/CSOE0006—2025用于半透明表面測量的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法本標(biāo)準(zhǔn)給出了半透明球標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法、半透明球棒標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法、球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法校準(zhǔn)用于半透明表面測量的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量精度的校準(zhǔn)原理、校準(zhǔn)裝置、校準(zhǔn)條件和校準(zhǔn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了半透明表面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果和復(fù)校時間間隔要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于以半透明表面為測量對象時結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量精度的校準(zhǔn)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2410-2008《透明塑料透光率和霧度的測定》JJF1001-2011《通用計量術(shù)語及定義》JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》JJF1071-2010《國家計量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》JJF1951-2021《基于結(jié)構(gòu)光掃描的光學(xué)三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》ISO10360-13-2021Geometricalproductspecifications(GPS)acceptanceandreverificationtestsforcoordinatemeasuringsystems(CMS)Part13:Optical3DCMS3術(shù)語和定義GB/T2410-2008《透明塑料透光率和霧度的測定》與JJF1951-2021《基于結(jié)構(gòu)光掃描的光學(xué)三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1半透明表面High-reflectiveSurface指在結(jié)構(gòu)光三維測量場景中呈現(xiàn)以下反射特性的物體表面：●半透明表面的反射特性是能夠透過光線但不完全透明，這種特性介于完全透明和完全不透明之間，光線可以通過該表面，但無法完全穿透?！癜胪该鞅砻嬖诮Y(jié)構(gòu)光投射下，穿透表面的光線產(chǎn)生次表面散射效應(yīng)。3.2球心-平面間距測量示值誤差sphere-flat-spacingerrorSPD擬合球心到平面的垂直距離與理論距離之間的差值。4半透明球標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法4.1校準(zhǔn)原理4.1.1單視角系統(tǒng)在測量范圍內(nèi)大致均勻分布的n=8個位置安裝半透明標(biāo)準(zhǔn)球總計測量8次，參見圖1。測量標(biāo)準(zhǔn)球，得到標(biāo)準(zhǔn)球表面的點云數(shù)據(jù)。T/CSOE0006—20252位置1位置2位置3位置5位置6位置7圖1標(biāo)準(zhǔn)球在測量范圍內(nèi)的安裝位置示意圖分別對各測量位置的點云進行計算，得到擬合球。所有點到擬合球心距離的最大值rmax與最小值rmin之差為該位置的球形狀探測誤差PFiP 擬合球的直徑Dai與測量球直徑參考值Dr之間的差為該反射率標(biāo)準(zhǔn)球尺寸探測誤差PSi：P=Dai-Dr 取各位置中形狀探測誤差和尺寸探測誤差最大者，分別作為球形狀探測誤差PF和尺寸探測誤差PS的測量結(jié)果：PiPP式中：4.1.2多視角系統(tǒng)球形狀探測誤差PF和尺寸探測誤差PS應(yīng)在整個測量范圍8個不同位置分別測量。建議按照圖1所示布置和測量標(biāo)準(zhǔn)器。每個被測球體需通過融合不同視角的測量數(shù)據(jù)進行三維拼接，且最終測量結(jié)果應(yīng)至少覆蓋每個球體的一個半球區(qū)域。PF和PS的計算方法見7.1.1，公式(1)~公式(4)。半透明表面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的測量精度由球形狀探測誤差PF和尺寸探測誤差PS表征。4.2校準(zhǔn)裝置半透明球標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法校準(zhǔn)裝置為具有如表1所示技術(shù)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)球。表1球標(biāo)準(zhǔn)器技術(shù)要求T/CSOE0006—20253LS—結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)測量范圍立方體的空間對角線長度，由制造廠商給出。4.3校準(zhǔn)條件4.3.1環(huán)境條件環(huán)境條件，包括環(huán)境的振動，背景光、環(huán)境溫度及其均勻性、變化率等，應(yīng)在不確定度評定中進行考慮。同時，不應(yīng)有影響測量的其他環(huán)境因素。4.3.2校準(zhǔn)用軟件a)校準(zhǔn)過程中應(yīng)使用設(shè)備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設(shè)定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數(shù)、剔除率、擬合算法等。1)需要稀疏點云時，應(yīng)按照使用說明書進行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點云。2)剔除率設(shè)定為0.3%。3)除廠商明確規(guī)定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。4.4校準(zhǔn)方法4.4.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備校準(zhǔn)前作如下準(zhǔn)備：a)清潔結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)器，不應(yīng)有影響校準(zhǔn)操作的多余物；b)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的配置與安裝；c)對操作模式進行設(shè)置，包括照明的類型和亮度、測量范圍、系統(tǒng)用傳感器的類型、數(shù)量和分布等；d)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)標(biāo)定；4.4.2校準(zhǔn)步驟校準(zhǔn)步驟如下：a)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的啟動/預(yù)熱周期；b)將半透明標(biāo)準(zhǔn)球按圖1所示依次擺放8個位置；c)在每個位置，使用被校結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量半透明標(biāo)準(zhǔn)球；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計算球形狀探測誤差及球尺寸探測誤差。4.5測量不確定度按要求進行校準(zhǔn)時,半透明球標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法的測量不確定度優(yōu)于被測儀器球形狀探測誤差及球尺寸探測誤差的1/3。半透明表面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度評定示例見附錄A。5半透明球棒標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法5.1校準(zhǔn)原理5.1.1單視角系統(tǒng)將系統(tǒng)的測量范圍劃分為8個大小接近的柵格，當(dāng)測量范圍為長方體時，劃分方式如圖2所示。如果測量范圍不是長方體，柵格的劃分也應(yīng)該盡可能與長方體的劃分相對應(yīng)。球棒每個球的可測量區(qū)域應(yīng)完全位于一個柵格內(nèi)，且兩個球的可測量區(qū)域位于不同的柵格內(nèi)。球心距測量示值誤差SD應(yīng)在整個測量范圍12個不同位置分別測量，，總計測量12次，在每個位置，球棒上至少一個球應(yīng)接近傳感器測量范圍的外邊緣（球上至少25%的點到系統(tǒng)測量范圍的外邊緣的距離不超過測量范圍內(nèi)最長長度的10%，或球心與系統(tǒng)測量范圍外邊緣之間的距離不超過測量范圍T/CSOE0006—20254內(nèi)最長長度的10%）。對角線方向的球棒擺放應(yīng)相對于水平面有顯著傾斜。建議按照圖2所示布置和測量標(biāo)準(zhǔn)器。位置1位置2位置3位置5位置6位置7圖2球棒的推薦排列對于所有測量位置，用定半徑擬合法，擬合所有球心位置。計算球棒在每個位置的球心距，球心距測量示值誤差SDi，是測量值Lai與被測長度校準(zhǔn)值Lr之差。取各位置中絕對值最大者，作為球心距示值誤差SD的測量結(jié)果：SDsi式中：5.1.2多視角系統(tǒng)球心距測量示值誤差SD應(yīng)在整個測量范圍12個不同位置分別測量。建議按照圖2所示布置和測量標(biāo)準(zhǔn)器。每個被測球體需通過融合不同視角的測量數(shù)據(jù)進行三維拼接，且最終測量結(jié)果應(yīng)至少覆蓋每個球體的一個半球區(qū)域。SD的計算方法見7.2.1，公式(5)~公式(6)。半透明表面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的測量精度由球心距測量示值誤差SD表征。5.2校準(zhǔn)裝置半透明球棒標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法校準(zhǔn)裝置為具有如表2所示技術(shù)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)球棒。T/CSOE0006—20255表2球棒標(biāo)準(zhǔn)器技術(shù)要求多視角系統(tǒng)：不小于測量范圍最短邊的2/3，不大于測量范圍對角線的2/3LS—結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)測量范圍立方體的空間對角線長度，由制造廠商給出。5.3校準(zhǔn)條件5.3.1環(huán)境條件環(huán)境條件，包括環(huán)境的振動，背景光、環(huán)境溫度及其均勻性、變化率等，應(yīng)在不確定度評定中進行考慮。同時，不應(yīng)有影響測量的其他環(huán)境因素。5.3.2校準(zhǔn)用軟件a)校準(zhǔn)過程中應(yīng)使用設(shè)備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設(shè)定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數(shù)、剔除率、擬合算法等。1)需要稀疏點云時，應(yīng)按照使用說明書進行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點云。2)剔除率設(shè)定為0.3%。3)除廠商明確規(guī)定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。5.4校準(zhǔn)方法5.4.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備校準(zhǔn)前作如下準(zhǔn)備：a)清潔結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)器，不應(yīng)有影響校準(zhǔn)操作的多余物；b)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的配置與安裝；c)對操作模式進行設(shè)置，包括照明的類型和亮度、測量范圍、系統(tǒng)用傳感器的類型、數(shù)量和分布等；d)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)標(biāo)定；5.4.2校準(zhǔn)步驟校準(zhǔn)步驟如下：a)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的啟動/預(yù)熱周期；b)將半透明標(biāo)準(zhǔn)球棒按圖2所示依次擺放12個位置；c)在每個位置，使用被校結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量半透明標(biāo)準(zhǔn)球棒；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計算球心距測量示值誤差。5.5測量不確定度按要求進行校準(zhǔn)時,半透明球棒標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法的測量不確定度優(yōu)于被測儀器球心距測量示值誤差的6球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法6.1校準(zhǔn)原理如圖3所示，球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器中標(biāo)準(zhǔn)球為漫反射表面，標(biāo)準(zhǔn)平面為半透明表面。T/CSOE0006—20256圖3球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器示意圖測量系統(tǒng)光軸平行于z軸方向，球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)在所有測量位置垂直于xoz平面。球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器在測量空間的至少8個不同位置安裝，如圖4所示。球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器采用適當(dāng)?shù)姆绞焦潭?，避免因不穩(wěn)定引入測量誤差。位置1位置2位置3位置5位置6位置7圖4平面標(biāo)準(zhǔn)器的推薦排列測量得到標(biāo)準(zhǔn)平面工作面及標(biāo)準(zhǔn)球的點云數(shù)據(jù)，計算每個測量方向的最佳擬合平面及標(biāo)準(zhǔn)球球心坐標(biāo)。分布在擬合平面兩側(cè)的點，到擬合平面單側(cè)距離最大值的代數(shù)和，作為該位置平面形狀探測誤差Fi，i表示測量位置的序號。取各位置中最大值，作為平面形狀探測誤差F的測量結(jié)果： 計算每個測量方向的球心到擬合平面之間的距離，球心-平面間距測量示值誤差SPDi，即測量值Lspdi與被測長度校準(zhǔn)值Lspdr之差：SPDi取各球心-平面間距測量示值誤差中絕對值最大者，作為球心-平面間距測量示值誤差SPD的測量結(jié)半透明表面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的測量精度由平面形狀探測誤差F及球心-平面間距測量示值誤差SPD表征。6.2校準(zhǔn)裝置T/CSOE0006—20257球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法校準(zhǔn)裝置為具有如表3所示技術(shù)參數(shù)的三平面組合標(biāo)準(zhǔn)器。表3球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器技術(shù)要求LS—結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)測量范圍立方體的空間對角線長度，由制造廠商給出。6.3校準(zhǔn)條件6.3.1環(huán)境條件環(huán)境條件，包括環(huán)境的振動，背景光、環(huán)境溫度及其均勻性、變化率等，應(yīng)在不確定度評定中進行考慮。同時，不應(yīng)有影響測量的其他環(huán)境因素。6.3.2校準(zhǔn)用軟件a)校準(zhǔn)過程中應(yīng)使用設(shè)備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設(shè)定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數(shù)、剔除率、擬合算法等。1)需要稀疏點云時，應(yīng)按照使用說明書進行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點云。2)剔除率設(shè)定為0.3%。3)除廠商明確規(guī)定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。6.4校準(zhǔn)方法6.4.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備校準(zhǔn)前作如下準(zhǔn)備：a)清潔結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)器，不應(yīng)有影響校準(zhǔn)操作的多余物；b)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的配置與安裝；c)對操作模式進行設(shè)置，包括照明的類型和亮度、測量范圍、系統(tǒng)用傳感器的類型、數(shù)量和分布等；d)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)標(biāo)定；6.4.2校準(zhǔn)步驟校準(zhǔn)步驟如下：a)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的啟動/預(yù)熱周期；b)將球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器按圖4所示依次擺放8個位置；c)在每個位置，使用被校結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計算平面形狀探測誤差F及球心-平面間距測量示值誤差SPD。6.5測量不確定度按要求進行校準(zhǔn)時,球-平面組合標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法的測量不確定度優(yōu)于被測儀器平面形狀探測誤差及球心-平面間距測量示值誤差的1/3。T/CSOE0006—202587校準(zhǔn)結(jié)果經(jīng)校準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)出具校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)證書應(yīng)符合JJF1071—2010中5.12的要求，其中校準(zhǔn)結(jié)果及其不確定度部分列出校準(zhǔn)方法及數(shù)據(jù)，并注明測量環(huán)境（溫度、濕度、振動）、測量時間、測量人員、點間距、快門時間、稀疏點云參數(shù)、刪除點的比例、擬合算法、使用軟件的生產(chǎn)商和版本號等必要信息。8復(fù)校時間間隔使用者根據(jù)實際使用情況決定復(fù)校時間間隔。建議復(fù)校間隔一般不超過1年。T/CSOE0006—20259（資料性）不確定度評定示例假設(shè)結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)具有溫度補償效果，測量選用半透明標(biāo)準(zhǔn)球，參考直徑為D，測量不確定度為d，測量環(huán)境溫度在(T±t)內(nèi)，溫度測量誤差優(yōu)于Δt，熱膨脹系數(shù)為K，半寬區(qū)間為l。測量模型：P式中：Di——第i次測量球尺寸測量值，mm；D：半透明標(biāo)準(zhǔn)球球尺寸的參考值，