[發明專利]一種魯棒的條紋投影系統標定方法

在審

• 申請號: 202210066519.4
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114577140A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 李文杰;李團興;高興宇;馮麗伊;檀正東
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學;深圳市桂電電子信息與先進制造技術研究院;深圳市艾貝特電子科技有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 桂林文必達專利代理事務所(特殊普通合伙) 45134
• 代理人: 張學平

本發明涉及光學三維成像技術領域，尤其涉及一種魯棒的條紋投影系統標定方法，適用于不同類型的二維標定板，對二維棋盤格投射不同頻率的條紋光柵，采集多個位置下的棋盤格以及條紋圖圖像，接著采用棋盤格角點信息反算角點之間的世界坐標關系，同時基于RANSAC平面幾何對特征點的相位作共面性約束，規避噪聲點參與平面擬合，有效地提高了八參數系統標定方法的普適性，對相位噪聲有很好的抑制作用，提高了系統的標定精度。

技術領域

本發明涉及光學三維成像技術領域，尤其涉及一種魯棒的條紋投影系統標定方法。

背景技術

三維成像技術是對真實世界進行記錄和分析的重要手段，是計算成像與幾何測量領域的重要研究內容之一。光學三維成像技術具有非接觸、快速、高精度等優勢，在日常消費和工業專業檢測領域都均有廣泛的應用前景。

在現有技術中，基于單相機和單投影儀搭建的光柵投影三維成像系統具有結構簡單、價格低廉、數據密集等優點，在工業檢測、精密測量等領域備受青睞，主要原理為被測表面對投影儀投射的標準條紋圖進行調制，產生變形條紋圖；相機采集變形條紋圖并在計算機中進行相位恢復來獲得相位圖；計算機利用系統模型和相位圖進行三維重建，獲得被測表面輪廓。本方法中的系統模型描述了二維信息和三維信息之間的關系，其具體表達式取決于系統參數。因此，在對被測物進行三維重建之前，需要對系統模型參數進行標定，確定相位圖與物理世界的關系。基于八參數標定法的條紋投影系統標定方法具有結構簡單、方法便捷等優勢，需要準確獲取特征點像素坐標、相機坐標以及絕對相位。角點的像素坐標在相機標定過程即可完成，其精度可達亞像素級別，由于角點的像素坐標為亞像素，計算其絕對相位時需要參考鄰域點進行數據插值。因此，鄰域點的相位精度對角點的相位精度有直接影響。為了保證鄰域點的相位精度，在系統標定過程中通常采用白點黑底的標定板，或者采用特制的環形白點標定板，這樣會限制該方案的應用廣泛性與普適性。而且，若系統標定過程存在噪聲，此方法并不能做出抑制，影響最終的標定精度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種魯棒的條紋投影系統標定方法，旨在解決現有的光柵投影三維重構系統標定方法為了避免在標定時特征點的相位時受到噪聲干擾只能采用特殊的二維標定板的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種魯棒的條紋投影系統標定方法，包括下列步驟：

選定二維棋盤格作為標定板，構建系統標定模型；

對二維棋盤格投影條紋光柵，采集圖像；

相機標定獲取內參矩陣、旋轉平移矩陣和角點的像素坐標數據集；

計算二維棋盤格的絕對相位，獲取角點的絕對相位；

基于RANSAC平面擬合約束，獲取用于系統標定的角點信息數據集；

獲取角點的相機坐標，實現系數標定。

其中，二維棋盤格角點之間的距離為5mm，并放置在鏡頭視場下進行圖像采集，實際使用時特征點之間的距離可以任意。

其中，在對二維棋盤格投影條紋光柵，采集圖像的過程中，首先對靜態二維棋盤格投射條紋光柵并獲得條紋圖像，然后更改所述二維棋盤格位置繼續投射，采集多個位置下的棋盤格以及條紋圖像。

其中，投射條紋光柵并獲得條紋圖像的過程，具體為投影儀投射三種頻率的條紋光柵，且對每種頻率進行四步相移，獲得12幅條紋圖像。

其中，在相機標定獲取內參矩陣、旋轉平移矩陣和角點的像素坐標數據集過程中，對多個位姿的二維標定板圖像進行角點提取，并基于張正友相機標定法獲取相機的內參矩陣以及各個位姿下的外參旋轉平移矩陣。

其中，基于采集的條紋圖計算二維棋盤格的絕對相位，基于數據插值獲取角點的絕對相位。

其中，基于RANSAC的平面擬合流程，具體包括下列步驟：