[發明專利]一種水下投影儀結構光標定方法

有效

• 申請號: 201410200408.3
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103985121B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 周富強;王曄昕
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種水下投影儀標定方法，其特征在于該方法包含以下步驟：

1.1、調整位于水下的投影儀結構光傳感器，保證攝像機在測量范圍內能夠拍攝清晰圖像且投影儀在測量范圍內能夠投射清晰圖像，在投影儀和已標定攝像機的公共視場范圍內，采用一附有防水靶標的平板，同時投影儀對該平板投射另一靶標，稱為投射靶標，調整平板位置，直到兩個靶標特征點都位于公共視場范圍內；自由移動靶標至少三個位置，每移動一個位置，拍攝含有兩個靶標的圖像對；

1.2、提取圖像中防水靶標特征點的圖像坐標，根據已標定攝像機的參數，求取平板所在平面在攝像機坐標系下的法向向量；

1.3、提取圖像中投射靶標特征點的圖像坐標，利用步驟1.2中求得的法向向量，由攝像機參數和特征點的圖像坐標，計算投射靶標投射在平板上的對應空間點位于攝像機坐標系下的三維坐標；

1.4、根據投射靶標在圖像坐標，以及步驟1.3中求得的其對應空間點的三維坐標，利用單視點模型初步標定投影儀參數以及投影儀與攝像機之間的結構參數；

1.5、使用步驟1.4中得到的結構參數，將步驟1.2中所求的法向向量表示在投影儀坐標系下；

1.6、在投影儀坐標系下，給定投影儀光心沿光軸方向到防水裝置窗口平面的距離初值，建立投影儀圖像上每個特征點發出的光線在防水裝置中的空氣介質傳播時光線模型，稱為入射光線；

1.7、建立折射光線的單位向量，根據幾何約束求解出尺度因子，確定折射光線長度，求解投影儀坐標系下投影靶標特征點的三維坐標；

1.8、將步驟1.3中計算出的三維坐標利用步驟1.4中的結構參數轉換至投影儀坐標系下作為參考值；

1.9、給定投影儀光軸相對于窗口平面法向向量之間偏角和轉角的初值，以步驟1.7中所述的三維坐標與1.8所述的參考值之間的距離建立目標函數，對投影儀參數和結構參數進行優化，并進行遞歸優化，即求得的結構參數用于步驟1.5～1.8，直到目標函數值滿足設定閾值，閾值根據測量精度要求設定，一般為1E-5至0.1mm。

2.根據權利要求1所述的一種水下投影儀標定方法，其特征在于：

2.1、步驟1.1所述的防水靶標為防水材質制成的平面靶標，固定在一平板上，防水靶標厚度與測量距離相比可忽略不計，靶標特征點為平面上的格點，格點之間距離的設計由實際測量距離和攝像機視場等確定，一般為10～100mm；所述的投射靶標，其格點之間的圖像坐標距離根據投影儀圖像的分辨率確定，一般為10～100像素；

2.2、步驟1.1所述的防水靶標和投射靶標，在攝像機合理使濾光器件如濾光片的前提下，兩靶標在平板上所占區域可重疊；當平板在同一位置時，攝像機不使用濾光器件且投影儀不投射靶標時，攝像機拍攝只得到防水靶標圖像，當攝像機使用濾光器件且投影儀投射靶標時，該靶標與防水靶標有重疊區域，攝像機拍攝只得到投射靶標圖像；

2.3、步驟1.1所述的拍攝含有兩個靶標的圖像對，其特征在于，當使用濾光器件時，每一個位置拍攝兩幅圖像，為分別含有防水靶標和投射靶標的圖像對。