[發(fā)明專利]一種基于球體標(biāo)定物的多相機(jī)-投影儀系統(tǒng)標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911111027.7
• 申請(qǐng)日: 2019-11-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111091599B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 達(dá)飛鵬;俞健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于球體標(biāo)定物的多相機(jī)?投影儀系統(tǒng)標(biāo)定方法，利用球體標(biāo)定物在任何視角下都可視的各向同性，通過(guò)該球體各個(gè)相機(jī)和投影儀相平面上的投影輪廓來(lái)標(biāo)定系統(tǒng)。該方法實(shí)現(xiàn)的步驟為：1)提取球體在相機(jī)平面下成像的外輪廓擬合為橢圓曲線；2)利用結(jié)構(gòu)光方法獲取相機(jī)每個(gè)像素的絕對(duì)相位值，利用極點(diǎn)?極線關(guān)系獲取球體在投影儀下的成像曲線；3)依據(jù)相機(jī)、投影儀各自對(duì)應(yīng)的3條以上曲線標(biāo)定其內(nèi)參數(shù)矩陣；4)求取球心在各個(gè)器件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，利用全局配準(zhǔn)方法將所有器件統(tǒng)一到同一世界坐標(biāo)系下。方法在實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明的可行性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多相機(jī)多投影儀的同時(shí)標(biāo)定技術(shù)，特別涉及一種基于球體標(biāo)定物的多相機(jī)-投影儀系統(tǒng)標(biāo)定方法，屬于光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)測(cè)量需求的不斷增長(zhǎng)，光學(xué)三維測(cè)量以其操作簡(jiǎn)便和數(shù)據(jù)精確的特點(diǎn)越來(lái)越受到關(guān)注。在諸多的光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)中，條紋投影輪廓術(shù)(Fringe ProjectionProfilometry,FPP)由于其高速度、高精度和大視野的突出優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。通常，基于FPP原理的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)與傳統(tǒng)立體視覺(jué)不同之處在于它用數(shù)字投影儀取代了其中一個(gè)相機(jī)。投影儀的作用是用于向被測(cè)物體投射編碼好的圖案模板，由相機(jī)拍攝這些物體上的圖案通過(guò)相應(yīng)的解碼算法建立相機(jī)像素與投影儀像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再結(jié)合標(biāo)定參數(shù)利用三角法重建出目標(biāo)物體的三維形狀。對(duì)于此類相機(jī)/投影儀對(duì)的測(cè)量系統(tǒng)，每個(gè)組件的正確標(biāo)定對(duì)于準(zhǔn)確重建三維形狀至關(guān)重要。

由于涉及到投影儀的使用，使得此類結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)的標(biāo)定更加復(fù)雜。比較經(jīng)典的方法是將投影儀當(dāng)作一種逆向的相機(jī)，通過(guò)相移方法獲得絕對(duì)相位值來(lái)建立相機(jī)與投影儀之間像素級(jí)別的映射，再由一般的相機(jī)標(biāo)定方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。但是這種方法都需要平面的標(biāo)定板，在應(yīng)用多個(gè)相機(jī)和投影儀時(shí)，平面標(biāo)定板不能保證在多個(gè)角度下被系統(tǒng)“看到”，因此很難適用于標(biāo)定多相機(jī)-投影儀系統(tǒng)。此外，若將多個(gè)平面標(biāo)定板組成立方體標(biāo)定物，一方面組裝的精度不夠，另一方面由于在標(biāo)定過(guò)程中需要不斷變換標(biāo)定物的位置姿態(tài)，可能導(dǎo)致相機(jī)每次拍攝到標(biāo)定物的平面數(shù)量不統(tǒng)一，因此很難確定每個(gè)面上標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致標(biāo)定失敗。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于球體標(biāo)定物的多相機(jī)-投影儀系統(tǒng)標(biāo)定方法。該方法利用了球體在任何角度都可視的各向同性，通過(guò)球體在各個(gè)相機(jī)和投影儀相平面上的投影輪廓來(lái)同時(shí)系統(tǒng)中的相機(jī)和投影儀。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于球體標(biāo)定物的多相機(jī)-投影儀系統(tǒng)標(biāo)定方法，在所述多相機(jī)-投影儀系統(tǒng)中，將單個(gè)相機(jī)和單個(gè)投影儀組成一個(gè)結(jié)構(gòu)光測(cè)量單元，所述多相機(jī)-投影儀系統(tǒng)中的若干結(jié)構(gòu)光測(cè)量單元以測(cè)量區(qū)域?yàn)橹行沫h(huán)形放置，每個(gè)相機(jī)和每個(gè)投影儀的光軸均對(duì)準(zhǔn)測(cè)量區(qū)域；每個(gè)結(jié)構(gòu)光測(cè)量單元獨(dú)立工作，每個(gè)結(jié)構(gòu)光測(cè)量單元中投影儀的投影幅面覆蓋相機(jī)的拍攝幅面；

該標(biāo)定方法具體為：

步驟1，將球體標(biāo)定物置于多相機(jī)-投影儀系統(tǒng)的測(cè)量區(qū)域中，啟動(dòng)每個(gè)結(jié)構(gòu)光測(cè)量單元對(duì)球體標(biāo)定物依次進(jìn)行圖案投影和拍攝，并分別獲得各個(gè)相機(jī)及投影儀下球體標(biāo)定物的投影曲線；

步驟2，變換球體標(biāo)定物在中央測(cè)量區(qū)域中的位置并重復(fù)執(zhí)行步驟1，獲得各個(gè)相機(jī)及投影儀下各自相平面內(nèi)至少3幅不同的投影曲線，由這些投影曲線求得各個(gè)相機(jī)和投影儀的內(nèi)參數(shù)；

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

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

步驟4，利用全局匹配方法將每個(gè)相機(jī)/投影儀坐標(biāo)系下的球心坐標(biāo)進(jìn)行匹配，獲得相機(jī)/投影儀之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)矩陣和相對(duì)平移向量，最終將所有相機(jī)和投影儀統(tǒng)一到同一個(gè)世界坐標(biāo)系下，完成標(biāo)定。