[發明專利]一種基于球體標定物的多相機-投影儀系統標定方法

有效

• 申請號: 201911111027.7
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN111091599B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 達飛鵬;俞健
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.一種基于球體標定物的多相機-投影儀系統標定方法，其特征在于，在所述多相機-投影儀系統中，將單個相機和單個投影儀組成一個結構光測量單元，所述多相機-投影儀系統中的若干結構光測量單元以測量區域為中心環形放置，每個相機和每個投影儀的光軸均對準測量區域；每個結構光測量單元獨立工作，每個結構光測量單元中投影儀的投影幅面覆蓋相機的拍攝幅面；

該標定方法具體為：

步驟1，將球體標定物置于多相機-投影儀系統的測量區域中，啟動每個結構光測量單元對球體標定物依次進行圖案投影和拍攝，并分別獲得各個相機及投影儀下球體標定物的投影曲線；

步驟2，變換球體標定物在中央測量區域中的位置并重復執行步驟1，獲得各個相機及投影儀下各自相平面內至少3幅不同的投影曲線，由這些投影曲線求得各個相機和投影儀的內參數；

步驟3，在每個相機/投影儀坐標系下，利用以下公式求出球體標定物的球心在該坐標系下的坐標：

其中，α＝tan(θ/2)，θ為圓錐角，K為相機/投影儀的內參數，r為球體標定物的半徑，o為球體標定物的球心的投影坐標；

步驟4，利用全局匹配方法將每個相機/投影儀坐標系下的球心坐標進行匹配，獲得相機/投影儀之間的相對旋轉矩陣和相對平移向量，最終將所有相機和投影儀統一到同一個世界坐標系下，完成標定。

2.根據如權利要求1所述的一種基于球體標定物的多相機-投影儀系統標定方法，其特征在于，步驟1中各個相機及投影儀下球體標定物的投影曲線獲得方法，具體為：

步驟1.1，通過每個結構光測量單元中的相機拍攝球體標定物，提取出球體標定物在相機上成像的亞像素級外輪廓，并使用最小二乘方法將亞像素級外輪廓擬合為橢圓曲線，該橢圓曲線即為相機下球體標定物的投影曲線；

步驟1.2，每個結構光測量單元中的投影儀依次向球體標定物投射一組相移正弦條紋和格雷碼圖案，并由對應的相機拍攝，通過相位展開方法求解出相機每個像素的絕對相位值，再使用八點法由相位映射計算出相機和投影儀之間的對極幾何關系，獲得相機的相平面和投影儀的相平面內的極點坐標；

步驟1.3，將1.2中求解出的每個相機像素的絕對相位值作為圖像的灰度值得到相位圖，在此相位圖中定位1.1中擬合的橢圓曲線內因投影儀光線被遮擋導致的無相位值區域，提取出該無相位值區域偏向橢圓曲線中心一側的外邊界，并將此外邊界擬合成二次曲線，該二次曲線與橢圓曲線相交于兩點，這兩點即為視在輪廓線交點在相機平面內的兩個像點；

步驟1.4，將1.3中的兩個像點通過其絕對相位值對應到投影儀平面內，獲得兩個交點，這兩個交點i_P1,i_P2所在直線l＝i_P1×i_P2與投影儀的相平面內的極點坐標e_r和投影儀下球體標定物的投影曲線C_P滿足l＝C_P·e_r，且i_P1,i_P2位于C_P上，由此求得投影儀下球體標定物的投影曲線C_P。

3.根據如權利要求1所述的一種基于球體標定物的多相機-投影儀系統標定方法，其特征在于，步驟2中相機/投影儀的內參數K為：

其中，f_u,f_v分別為u,v軸方向的焦距，s為u,v軸之間的偏移度，(u₀,v₀)為相平面主點坐標。

4.根據如權利要求1所述的一種基于球體標定物的多相機-投影儀系統標定方法，其特征在于，步驟2中應用雙切線、半正定規劃或者正交約束方法求得各個相機和投影儀的內參數。

5.根據如權利要求1所述的一種基于球體標定物的多相機-投影儀系統標定方法，其特征在于，步驟3中α的值通過式K^TCK的特征值唯一確定，C為相機投影曲線。