[發明專利]基于光束平差原理的條紋投影三維測量系統及其標定方法

有效

• 申請號: 201210014327.5
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102654391A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 彭翔;殷永凱;劉曉利;李阿蒙
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 深圳市威世博知識產權代理事務所(普通合伙) 44280
• 代理人: 何青瓦

技術領域

本發明屬于三維數字成像及造型領域，尤其涉及一種基于光束平差原理的條紋投影三維測量系統及其標定方法。?

背景技術

條紋投影三維測量系統具有非接觸、速度快、精度高、數據密度大等優點，在逆向工程、質量控制、缺陷檢測等工業生產領域均有廣泛的應用。條紋投影三維測量系統通常采用“單相機-單投影儀”的單目結構，其中投影儀可以視為反向相機，因此可以基于雙目立體視覺原理對系統進行建模。系統模型確立后，還需要通過標定確定模型中的未知參數，尚可進行三維測量。三維測量的結果與標定得到的模型參數直接相關，因此系統的測量精度主要取決于標定精度。?

傳統的條紋結構光三維測量系統的標定主要借鑒投影儀控制器視覺中的相機標定方法，使用立體或平面標靶對相機和投影儀進行分別標定，標定精度依賴于標靶上基準點的位置精度。因此，要實現較高精度的標定，首先要獲得高精度的標靶。高精度標靶的制作往往對加工工藝有較高的要求，在加工精度無法達到要求時，還可能需要對標靶上的每個基準點進行獨立測量，大大增加了標靶的加工制作成本。隨著標靶尺度的增長，標靶的制作精度將變得越來越難以保證，從而直接影響到后續的標定以及最終的三維測量的精度。?

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題在于提供一種基于光束平差原理的條紋投影三維測量系統的標定方法，以解除標靶制作精度的制約，保證使用較低精?度的標靶亦可得到較高精度的標定結果。?

上述基于光束平差原理的條紋投影三維測量系統的標定方法包括下述步驟：?

步驟A，將表面印有已知三維坐標的基準點的平面標靶擺放為不同的方位，在每個方位下由投影儀先后對標靶進行均勻光照明和投射相移加變頻的正弦條紋序列，并在每個方位下由相機采集相應的紋理圖和變形條紋圖；?

步驟B，對步驟A采集到的紋理圖進行處理以獲得基準點在相機中的像點，對步驟A采集到的變形條紋圖進行相位解調，根據解調結果與所述基準點在相機中的像點確定與標靶中的每一個基準點所對應的兩個同名點；所述兩個同名點分別為所述基準點在待標定的相機中的像點和在待標定的投影儀中的像點；?

步驟C，根據已知的基準點的三維坐標和步驟B中得到的與該基準點所對應的兩個同名點，分別對相機和投影儀進行初始標定，得到系統標定參數的初值；?

步驟D，利用三維測量系統的剛體不變性和光束平差原理構造新的誤差函數，利用所述誤差函數對步驟C中標定的初始系統參數進行全局優化實現精確標定。?

進一步地，所述步驟B具體通過如下方式確定與標靶中的每一個基準點所對應的兩個同名點：?

步驟B1，對步驟A中相機采集到的變形條紋圖進行相位解調，獲得標靶在相機中的雙方向絕對相位分布信息；?

步驟B2，根據步驟B1獲得的相機雙方向絕對相位分布信息確定相機坐標系中與所述基準點相對應的相機像點的相位信息，然后根據投影儀雙方向絕對相位分布信息來查找在投影儀坐標系中具有相同相位的投影儀像點，相機像點和投影儀像點即互為同名點。?

進一步地，所述步驟C具體通過Zhang的標定方法對相機和投影儀進行初始標定。?

進一步地，述步驟D通過如下公式對步驟C標定的系統參數的初值進行全局優化：?