[發明專利]一種3D結構光系統的標定方法

有效

• 申請號: 202010951187.9
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112097689B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 殷習全;彭思龍;杜向麗
• 申請（專利權）人: 蘇州中科全象智能科技有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 楊蘭蘭

1.一種3D結構光系統的標定方法，其特征在于，包括如下步驟：

制作標定板步驟，制作系統標定板并燒錄，所述標定板上的圖案為多個圓形靶標，相鄰的所述圓形靶標的圓心距一致，多個所述圓形靶標排列為行和列，所述圓形靶標的大小不同；

標定板圖像采集步驟：

設定一個標定板姿態，分別在標定板上投影水平和豎直兩個方向的多個頻率的正弦光柵條紋圖案，另外投影一張沒有光柵條紋的圖案，并在每次投影的同時用相機采集該姿態下投影各種圖案的標定板圖像；

調整標定板姿態，重復標定板圖像采集步驟，直至標定板姿態數量達到預設的目標值，得到多個標定板圖像；

標定步驟，根據采集到的多個所述標定板圖像，對結構光系統進行標定，具體包括如下步驟：

提取標定板圖像中所有圓形靶標的圓心位置，具體包括以下步驟：

對相機采集到的沒有打光柵條紋的標定板圖像進行二值化；

對二值化后的標定板圖像進行blob分析，得到標定板圓的質心位置，實現圓形靶標的粗定位；

通過Canny邊緣提取，得到圓形靶標的像素邊緣位置；

通過對圓形靶標的邊緣像素點進行灰度插值，然后再進行參數擬合，得到圓的亞像素邊緣輪廓；

對得到的各個圓的亞像素邊緣輪廓點進行最小二乘橢圓擬合，得到各橢圓的中心位置，將各橢圓的中心位置作為各圓形靶標的圓心位置；

根據提取的所有圓形靶標的圓心位置對所有圓心進行排序，具體包括以下步驟：

根據得到的標定板各橢圓的中心位置，確定采集的標定板圖案中不規則四邊形的四個頂點；

將四個頂點按順序連線成四邊形；

當所述四邊形旋轉角度不超過預設值時，確定各圓點的位置坐標，并根據各圓點的位置坐標順序，確定各圓心的順序；

當所述四邊形旋轉角度超過預設值時，按照如下方法進行排序：

確定所述四邊形的每條邊上的 所有圓點，將兩條相對的邊上相對的兩個圓點進行連線；

確定所有連線形成的各個四邊形內部所有的圓點，并確定各圓點的順序；

利用十步相移和多頻外差法，得到標定板平面相位場在水平和垂直方向的絕對相位值；

采用雙線性插值算法得到每個圓心坐標的絕對相位值；

利用得到的每個圓心坐標的絕對相位值，得到各圓心在相機圖像中坐標對應的在投影儀圖像中坐標；

根據得到的相機及投影儀圖像中的圓心坐標，利用張正友標定方法得到相機及投影儀的內參、畸變系數和外參；

利用同一標定板姿態下的相機和投影儀的外參，計算每個標定板姿態下相機和投影儀坐標系之間的轉換矩陣；

根據得到的每個標定板姿態下的轉換矩陣，得到標定的相機和投影儀坐標系轉換矩陣。

2.根據權利要求1所述的3D結構光系統的標定方法，其特征在于，當所述四邊形旋轉角度不超過預設值時，確定各圓心順序具體包括以下步驟：

確定標定板圖像中五大圓形靶標的位置坐標；

由這些已知陣列坐標的大圓點，根據攝影幾何的直線投影不變性，對位于陣列其他位置的小圓點在圖像上的坐標進行預估；

通過blob分析得到的各圓形靶標的坐標，計算各點到預估的所有點的距離，距離最小的點為對應的位置的點，根據坐標順序進行排序。

3.根據權利要求2所述的3D結構光系統的標定方法，其特征在于，確定五大圓形靶標的位置坐標具體包括如下步驟：

選擇五個半徑相等的圓形靶標，所述五個半徑相等的圓形靶標的半徑大于標定板圖案中其它圓形靶標的半徑；

計算各點之間的距離，得到距離最大的兩個圓點，分別為F1和F2，以及距離最小的兩個圓點，分別為N1和N2，則剩下的一點確定為五大圓形靶標中第五大圓點C5；

分別計算F1、F2到N1、N2的距離之和；

距離和較小的點為五大圓形靶標中第一大圓點C1，所述第一大圓點位于圖案水平中線與垂直中線左側的垂直中線交叉點；

距離和較大的點為五大圓形靶標中第二大圓點C2，所述第二大圓點位于圖案水平中線與垂直中線右側的垂直中線交叉點；

計算N1、N2與C1的距離，距離較小的點為五大圓形靶標中第三大圓點C3，較大的點為五大圓形靶標中第四大圓點C4。