[發明專利]基于單應性矩陣的結構光三維檢測方法

無效

• 申請號: 200910045010.6
• 申請日: 2009-01-08
• 公開（公告）號: CN101476882A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 楊旭波;曾亮;肖雙九;王宇超
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種計量技術領域的檢測方法，具體是一種基于單應性矩陣的結構光三維檢測方法。

背景技術

物體的三維檢測是計算機視覺研究的一個重要方向，它的目標就是獲得目標物體表面幾何形狀的精確描述。結構光三維檢測以其使用簡單、測量精確、無破壞性的優點而獲得了廣泛的應用。結構光三維檢測方法主要分為兩個部分，第一部分是投影結構光并拍攝獲得結構光圖像，然后進行結構光解碼得到結構光的圖像二維信息；第二部分是根據投影儀、相機和目標物體的相對位置把結構光的圖像二維信息轉化為目標物體的三維信息。

經對現有技術文獻檢索發現，Tsai?R?Y于在IEEE?Journal?of?Robotics?andAutomation(IEEE機器人與自動化雜志)(1987年)中一篇文章“A?versatilecamera?calibration?technique?for?high-accuracy?3D?machine?visionmetrology?using?off-the-shelf?TV?cameras?and?lenses”(一種采用現貨攝像頭并在高精度3D機器視覺測量方面應用通用的攝像機標定技術)提出了一種結構光三維測量中第二部分的方法，主要是先對投影儀和相機進行標定，確定投影儀和相機焦點的位置，再根據三角測量的關系來計算得出目標物體的三維信息。這一方法在投影儀的標定時需要測量不規則特征點的世界坐標；需要廠商提供投影儀和相機相鄰兩個像素(橫向和縱向)之間的實際距離；在投影儀和相機的標定時都要考慮投影儀和相機的焦距，而且計算的步驟比較多；在準備工作都完成后，由相片上某點(位于光柵上的點)的像素坐標得出其對應的物點的世界坐標的計算上比較繁雜，先要通過一個矩陣乘法得到這點的世界坐標，再求解這點和相機確定的直線方程，最后聯立已經準備好的投影儀與光柵確定的平面方程，組成一個三元一次方程組，解這個方程組即可得到物點的世界坐標。

發明內容

本發明是針對上述現有技術的不足，提出了一種基于單應性矩陣的結構光三維檢測方法，使其將單應性矩陣運用到確定投影儀、相機和目標物體的相對位置的確定上，由相片上某點(位于光柵上的點)的像素坐標僅通過一個矩陣乘法即可得到物點的世界坐標，本發明在保證精度的條件下簡化了三維檢測的操作。

本發明是通過如下技術方案實現的，本發明包括如下步驟：

步驟一，在投影儀和攝像機之間設置互相平行的兩個平面P₁和P₂，兩個平面P₁和P₂在下述步驟中用于放置獲取單應性矩陣的棋盤格圖案，投影儀和平面P₂之間設有帶有光柵的投影面，投影儀和投影面上的一條光柵確定一個光平面；

步驟二，利用棋盤格圖案中的特征點獲取相機成像面分別與平面P₁和P₂對應的單應性矩陣H_CQ1和H_CQ2，具體如下：

首先，將棋盤格圖案分別擺放在平面P₁和P₂上，然后用相機拍照，分別獲得兩幅圖像；

然后，測出棋盤格圖像中的特征點的相對位置，取其中一個特征點作為世界坐標系的原點，其他特征點的坐標也就確定了，同時測出平面P₁和P₂之間的距離，即特征點在Z方向上的距離；

最后，根據棋盤格圖像中的特征點的像素坐標，獲得相機成像面分別與平面P₁和P₂對應的單應性矩陣H_CQ1和H_CQ2，單應性矩陣使得平面P₁或P₂上任意一個點(x，y)在相機上成像的坐標(X，Y)滿足如下關系：