1T/CSOE0009—2025用于高動態范圍反射率表面測量的結構光三維測量系統校準方法本標準給出了高動態范圍反射率球標準器校準法、高動態范圍反射率球板標準器校準法、高動態范圍反射率平面標準器校準法校準用于高動態范圍反射率表面測量的結構光三維測量系統測量精度的校準原理、校準裝置、校準條件和校準方法。本標準規定了用于高動態范圍反射率表面測量的結構光三維測量系統的校準結果和復校時間間隔要求。本標準適用于以高動態范圍反射率表面為測量對象時結構光三維測量系統測量精度的校準。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構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。JJF1001-2011《通用計量術語及定義》JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》JJF1071-2010《國家計量校準規范編寫規則》JJF1951-2021《基于結構光掃描的光學三維測量系統校準規范》ISO10360-13-2021Geometricalproductspecifications(GPS)acceptanceandreverificationtestsforcoordinatemeasuringsystems(CMS)Part13:Optical3DCMS3術語和定義JJF1951-2021《基于結構光掃描的光學三維測量系統校準規范》界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1高動態范圍反射率表面High-dynamicrangereflectivitysurface指在結構光三維測量場景中呈現以下反射特性的物體表面：入射光在表面局部區域發生鏡面高反射，其他區域呈低漫反射特性；相機接收到的鏡面高反射分量與低漫反射分量的比值不小于3000：1。3.2平面測量完整率CompleterateofplanemeasurementComp有效點云覆蓋面積與目標平面理論面積的比值。4高動態范圍反射率球標準器校準法4.1校準原理4.1.1單視角系統在測量范圍內，分別測量鋼、碳化硅兩種材料的標準球，大致均勻分布的n=8個位置安裝標準球，總計測量16次，參見圖1。測量標準球，得到標準球表面的點云數據。T/CSOE0009—20252位置1位置2位置3位置4位置5位置6位置7位置8圖1標準球在測量范圍內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PFiPFi=rmax-rmin 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準球尺寸探測誤差PSi：PSi=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的測量結果：PPi式中：i——測量位置的序號，i=1,2,...,16。4.1.2多視角系統球形狀探測誤差PF和尺寸探測誤差PS應在整個測量范圍8個不同位置分別測量。建議按照圖1所示布置和測量標準器。每個被測球體需通過融合多個不同視角的測量數據進行三維拼接，且最終測量結果應至少覆蓋每個球體的一個半球區域。PF和PS的計算方法見4.1.1，公式(1)~公式(4)。用于高動態范圍反射率表面測量的三維測量系統的測量精度由球形狀探測誤差PF和尺寸探測誤差P4.2校準裝置高動態范圍反射率球標準器校準法校準裝置為具有如表1所示技術參數的標準球。表1高動態范圍反射率球標準器技術要求T/CSOE0009—20253LS—結構光測量系統測量范圍立方體的空間對角線長度，由制造廠商給出。4.3校準條件4.3.1環境條件環境條件，包括環境的振動，背景光、環境溫度及其均勻性、變化率等，應在不確定度評定中進行考慮。同時，不應有影響測量的其他環境因素。4.3.2校準用軟件a)校準過程中應使用設備的配套（數據采集和數據處理）軟件。b)設定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數、剔除率、擬合算法等。1)需要稀疏點云時，應按照使用說明書進行。如果制造商未規定這些參數，則不考慮稀疏點云。2)剔除率設定為0.3%。3)除廠商明確規定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。4.4校準方法4.4.1校準前準備校準前作如下準備：a)清潔結構光三維測量系統和標準器，不應有影響校準操作的多余物；b)結構光三維測量系統的配置與安裝；c)對操作模式進行設置，包括照明的類型和亮度、測量范圍、系統用傳感器的類型、數量和分布等；d)結構光三維測量系統標定。4.4.2校準步驟校準步驟如下：a)結構光三維測量系統的啟動/預熱周期；b)將高動態范圍反射率標準球按圖1所示依次擺放8個位置，鋼、碳化硅兩種材料的標準球共計擺放16次；c)在每個位置，使用被校結構光三維測量系統測量高動態范圍反射率標準球；d)根據獲取的三維數據計算球形狀探測誤差和尺寸探測誤差。4.5測量不確定度按要求進行校準時,高動態范圍反射率球標準器校準法的測量不確定度優于被測儀器球形狀探測誤差及球尺寸探測誤差的1/3。結構光三維測量系統校準結果的測量不確定度評定示例見附錄A。5高動態范圍反射率球板標準器校準法5.1校準原理5.1.1單視角系統將系統的測量范圍劃分為8個大小接近的柵格，當測量范圍為長方體時，劃分方式如圖3所示。如果測量范圍不是長方體，柵格的劃分也應該盡可能與長方體的劃分相對應。球板每個球的可測量區域應T/CSOE0009—20254完全位于一個柵格內，且多個球的可測量區域位于不同的柵格內。球心距測量示值誤差SD應在整個測量范圍12個不同位置分別測量，總測量次數為12次，在每個位置，球板上至少一個球應接近傳感器測量范圍的外邊緣（球上至少25%的點到系統測量范圍的外邊緣的距離不超過測量范圍內最長長度的10%，或球心與系統測量范圍外邊緣之間的距離不超過測量范圍內最長長度的10%）。對角線方向的球板擺放應相對于水平面有顯著傾斜。建議按照圖3所示布置和測量標準器。位置1位置2位置3位置4位置5位置6位置7位置8圖2球板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。計算球板在每個位置的所有球之間的球心距，球心距示值誤差SDIij，是測量值與被測長度校準值之差。取各球示值誤差中絕對值最大者，作為球心距示值誤差SDI的測量結果：取各位置中球心距示值誤差最大者，作為球心距示值誤差SD的測量結果：式中：I——測量位置的序號，I=1,2,...,12;i,j——測量球板上球的序號，i,j=1,2,···,N；N——球板上球的數量。5.1.2多視角系統T/CSOE0009—20255球心距測量示值誤差SD應在整個測量范圍12個不同位置分別測量。建議按照圖2所示布置和測量標準器。每個被測球體需通過融合多個不同視角的測量數據進行三維拼接，且最終測量結果應至少覆蓋每個球體的一個半球區域。SD的計算方法見5.1.1，公式(5)~公式(7)。用于高動態范圍反射率表面測量的三維測量系統的測量精度由球心距測量示值誤差SD表征。5.2校準裝置高動態范圍反射率球板標準器校準法校準裝置為具有如表2所示技術參數的標準球板。表2球板標準器技術要求標準球板至少具有鋼和碳化硅等不同反射率材質的球組，滿足測量視場內測量高動態范圍反射率表面的要求，如圖2所示。圖3標準球板示意圖5.3校準條件5.3.1環境條件環境條件，包括環境的振動，背景光、環境溫度及其均勻性、變化率等，應在不確定度評定中進行考慮。同時，不應有影響測量的其他環境因素。5.3.2校準用軟件a)校準過程中應使用設備的配套（數據采集和數據處理）軟件。b)設定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數、剔除率、擬合算法等。1)需要稀疏點云時，應按照使用說明書進行。如果制造商未規定這些參數，則不考慮稀疏點云。2)剔除率設定為0.3%。3)除廠商明確規定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。5.4校準方法5.4.1校準前準備校準前作如下準備：a)清潔結構光三維測量系統和標準器，不應有影響校準操作的多余物；b)結構光三維測量系統的配置與安裝；c)對操作模式進行設置，包括照明的類型和亮度、測量范圍、系統用傳感器的類型、數量和分布等；d)結構光三維測量系統標定。T/CSOE0009—202565.4.2校準步驟校準步驟如下：a)結構光三維測量系統的啟動/預熱周期；b)將高動態范圍反射率標準球板按圖2所示依次擺放12個位置；c)在每個位置，使用被校結構光三維測量系統測量高動態范圍反射率標準球板；d)根據獲取的三維數據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時,高動態范圍反射率球板標準器校準法的測量不確定度優于被測儀器球心距測量示值誤差的1/3。6高動態范圍反射率平面標準器校準法6.1校準原理6.1.1單視角系統測量系統光軸平行于z軸方向，標準平面應在所有測量位置垂直于xoz平面。將系統的測量范圍劃分為8個大小接近的柵格，當測量范圍為長方體時，劃分方式如圖4所示。如果測量范圍不是長方體，柵格的劃分也應該盡可能與長方體的劃分相對應。標準平面在測量空間的至少6個不同位置安裝，如圖4所示。位置1位置2位置3位置4位置5位置6位置4-5：標準平面垂直于xz平面對角線，長邊平行于該對角線；位置6：標準平面垂直于xyz空間對角線，長邊平行于該對圖4標準平面的推薦排列測量得到標準平面工作面的點云數據，計算每個測量方向的最佳擬合平面。分布在擬合平面兩側的點，到擬合平面單側距離最大值的代數和，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的測量結果：FT/CSOE0009—20257式中：平面測量完整率是指結構光三維測量系統在指定掃描條件下，對標準平面表面有效點云數據的捕獲能力，表征為有效點云面積與理論平面面積的百分比比值。各位置平面測量完整率可以表示為：式中：Aai——測量點云所表征的實測面積單位：mm2);Ar——標準平面的測量視場區域面積（單位：mm2)。取各位置中最小值，作為平面測量完整率Comp的測量結果：式中：6.1.2多視角系統平面形狀探測誤差Fs及平面測量完整率Comp應在整個測量范圍6個不同位置分別測量。建議按照圖4所示布置和測量標準器。多視角測量以使點云應盡可能完整地覆蓋標準平面的表面。每個位置，利用所有單幅圖像的點云共同計算得到該位置的公共擬合平面。F和Comp的計算方法見6.1.1，公式(8)~公式(10)。高動態范圍反射率表面三維測量系統的測量精度由平面形狀探測誤差F及平面測量完整率Comp表征。6.2校準裝置高動態范圍反射率平面標準器校準法校準裝置為具有如表3所示技術參數的標準平面。表3平面標準器技術要求優于標準器長度的0.05%LS—結構光測量系統測量范圍立方體的空間對角線長度，由制造廠商給出。標準平面應由鋼和碳化硅等不同反射率材質制成，中間為碳化硅，外圍為鋼，滿足測量視場內測量高動態范圍反射率表面的要求，如圖4所示。圖5標準平面示意圖T/CSOE0009—202586.3校準條件6.3.1環境條件環境條件，包括環境的振動，背景光、環境溫度及其均勻性、變化率等，應在不確定度評定中進行考慮。同時，不應有影響測量的其他環境因素。6.3.2校準用軟件a)校準過程中應使用設備的配套（數據采集和數據處理）軟件；b)設定圖像采集處理的點間距、快門時間、稀疏點云參數、剔除率、擬合算法等。1)需要稀疏點云時，應按照使用說明書進行。如果制造商未規定這些參數，則不考慮稀疏點云。2)剔除率設定為0.3%。3)除廠商明確規定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。6.4校準方法6.4.1校準前準備校準前作如下準備：a)清潔結構光三維測量系統和標準器，不應有影響校準操作的多余物；b)結構光三維測量系統的配置與安裝；c)對操作模式進行設置，包括照明的類型和亮度、測量范圍、系統用傳感器的類型、數量和分布等；d)結構光三維測量系統標定。6.4.2校準步驟校準步驟如下：a)結構光三維測量系統的啟動/預熱周期；b)將高動態范圍反射率標準平面按圖4所示依次擺放6個位置；c)在每個位置，使用被校結構光三維測量系統測量高動態范圍反射率標準平面；d)根據獲取的三維數據計算平面形狀探測誤差及平面測量完整率。6.5測量不確定度按要求進行校準時,高動態范圍反射率平面標準器校準法的測量不確定度優于被測儀器平面形狀探測誤差的1/3。7校準結果經校準的結構光測量系統出具校準證書，校準證書應符合JJF1071—2010中5.12的要求，其中校準結果及其不確定度部分列出校準方法及數據，并注明測量環境（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、刪除點的比例、擬合算法、使用軟件的生產商和版本號等必要信息。8復校時間間隔使用者根據實際使用情況決定復校時間間隔。建議復校間隔一般不超過1年。T/CSO